Принципи вимірювання швидкості і видатку рідини

Рівняння Бернулі широко використовується в техніці для визначення швидкості і видатку речовини.

Для визначення швидкості і видатку речовини в промисловості звичайно використовують дросельні прилади і пневмометричні трубки.

Принцип роботи пневмометричних трубок, на прикладі трубки Піто-Прандтля, може бути пояснений за допомогою рис. 4.1. В кожному перерізі різниця рівняв рідини в трубках, зображених на рисунку, виражає величину швидкісного напору в точці перерізу, що лежить на вісі труби.

Рис. 4.2. Вимірюван-ня швидкості рідини пневмометричною трубкою

Різницю рівнів робочої рідини в трубках зручніше вимірювати не за допомогою п’єзометричних трубок, які зображено на рис. 4.1, а за допомогою диференціального манометра (рис. 4.2). Його U-подібна трубка заповнена рідиною, якане змішується з робочою і має значно більшу густину, ніж остання (наприклад, вода і спирт – при роботі з газами або ртуть – при роботі з крапельними рідинами). Це дозволяє вимірювати перепади тиску у випадку значного надлишкового тиску (або вакууму) в трубопроводі при відносно невисокій висоті приладу.

За результатами вимірювань знаходять максимальну швидкість рідини вздовж вісі трубопроводу. Для визначення середньої швидкості рідини або знімають епюру розподілу швидкостей по перерізу трубопроводу, пересуваючи пневмометричну трубку в різні точки перерізу, або використовують співвідношення між середньою та максимальною швидкостями при ламінарному і турбулентному режимах течії. Витрати рідини знаходять, помноживши середню швидкість на площу поперечного перерізу трубопроводу.

Такий спосіб визначення швидкості і видатку рідини достатньо простий, але недостатньо точний із-за складності встановлення пневмометричних трубок тільки вздовж вісі трубопроводу.

Більш широко поширеним методом визначення швидкості і видатку рідини за допомогою дросельних приладів, принцип роботи яких заснований на вимірюванні перепаду тисків при зміні поперечного перерізу трубопроводу. При штучному звуженні перерізу потоку за допомогою дросельного приладу швидкість і, відповідно, кінетична енергія потоку в цьому більш вузькому перерізі зростають, що приводить до зменшення потенціальної енергії тиску в цьому ж перерізі. Тому, виміривши диференційним манометром перепад тиску між перерізом трубопроводу до його звуження і перерізом в місці самого звуження (чи поблизу нього), можна вирахувати зміну швидкості між перерізами, а по ньому – швидкість і видаток рідини.

Рис. 4.3. Мірна діафрагма.

В якості дросельних приладів використовують мірні діафрагми, сопла і труби Вентурі.

Мірна діафрагма (рис. 4.3) являє собою тонкий диск з отвором круглого перерізу, центр якого розміщений на вісі труби. Мірне сопло(рис. 4.4) є насадкою, що має плавно закруглений вхід і циліндричний вихід. Динамометри мірних сопел (а також діафрагм) приєднуються до трубопроводу за допомогою кільцевих камер , що з’єднані з внутрішнім простором трубопроводу отворами, рівномірно розміщеними по колу, чи двома каналами.

Рис. 4.4. Мірне сопло.

Труба Вентурі (рис. 4.5) має переріз, що поступово звужується, а потім розширюється до початкового розміру. Внаслідок такої форми труби Вентурі втрати тиску в ній менша, ніж в діафрагмах або соплах. Разом з тим довжина труби Вентурі дуже довга порівняно з довжиною діафрагми або сопла, які можуть бути встановлені між фланцями трубопроводу.

Рис. 4.5. Труба Вентурі.