دبی سنجهای گردابی چیست؟

دبی سنجهای گردابی میتوانند بوسیله تولید گرداب ، دبی بخار، گاز و مایع را  اندازه بگیرند.  اگر در مسیر جریان سیال ، مانعی وجود داشته باشد ، جریان گردابی ایجاد میشود. منظور از مانع جسم سخت و محکم در مسیر سیال است . مانع در مسیر پائین دست خود حرکت چرخشی تولید میکند.

 

 

زمانی که گردابها شکل میگیرند و جاری میشوند در فشار تفاضلی تولید شده، تغییری ایجاد میشود در نتیجه برای به کارانداختن سنسوری در فرکانس مناسب این تغییر فشار با جریان گردابی به کار می رود. در جریان پیوسته سیال، یک سری از گردابها، پالسهای الکتریکی را با فرکانسی متناسب با سرعت سیال تولید می کنند. سرعتی که بدست  می آید  قادر به تبدیل به نرخ جریان حجمی است. خروجی دبی سنج گردابی به فاکتور k  وابسته است. فرکانس گردابهای تولیدی در سرعت سیال  همان فاکتور k  می باشد.

 

 

 

Fluid vrlocity = Vortex Frequency / k-factor

 

 با تغییر عدد رینولدز فاکتور k تغییر می کند. گر چه عملا در محدوده گسترده ای از دبی ثابت است. در صورت کار کردن دبی سنجهای گردابی در رنج تخت (flat range)، رابطه سرعت با نرخ دبی بصورت خطی است.

 

 

 

 

اساس عملکرد فلومتر Vortex (جریان سنج گردابی)

 

اگر توپک در مسیر لوله ای که حاوی جریان سیال است قرار گیرد، لایه ای مرزی تشکیل می شود که در سطح بدنه توپک گسترش می یابد. به دلیل اندازه حرکت ناکافی و گرادیان فشار معکوس، جدایی اتفاق می افتد و برش لایه ای (shear layer) ناپایدار ایجاد می شود. این لایه برش یافته به گردابهایی تبدیل می شود که از کنار توپک شروع به پخش شدن می کند. فرکانسی که در آن جفت گرداب جاری می شود متناسب با سرعت سیال است. از آنجایی که فرآیند ایجاد . جاری شدن گردابها تکرار پذیرند، از این روش می توان برای مشخص کردن دبی استفاده کرد.

 

برای آشکار کردن جریان جفت گردابها یعنی تبدیل تغییرات فشار و سرعت ناشی از گردابها به سیگنالهای الکتریکی از سنسورهایی استفاده می شود.

 

عدد st ، strouhal، فرکانس تولید جفت گردابها (f)، مشخص ابعادی مانع توپک، d، و سرعت سیال را به هم مرتبط می سازد.

 

U=(f*d)/st

 

عدد st معمولا مستقل از چگالی، فشار، گران روی و پارامترهای دیگر فیزیکی است. در چنین موقعیتی سرعت دبی مستقیما متناسب با فرکانس جاری شدن جفت گردابها است. یعنی نرخ پالس های گرداب عبارتست از:

 

U=ξ*f

 

که در آن :

 

ξ : ثابت است برابر با d/st

 

و نرخ دبی حجمی در چنین موقعیتی با رابطه زیر بیان می شود.

 

Qv=A*U=[(A*d)/st]*f

 

فاکتور K برای دبی سنج گردابی با عدد strouhal متناسب است.

 

K=st/[A*d]=f/qv

 

بنابراین :

 

qv=f/k

 

اگر چگالی سیال در دما و فشار عملیاتی مشخص باشد می توان دبی جرمی را از رابطه زیر بدست آورد:

 

qm=ρf*f/k

 

 

 شکل های موانع بادی ( مربع ، مستطیل ، T شکل ، ذوزنقه ای ) است.

 

دقت اندازه گیری در چنین کاربرد هایی در حدود 5% از مقدار واقعی است ، اما با قابلیت تکرار پذیری خوب می باشد.

 

 

نحوه نصب دبی سنج گردابی

 

 

 

در شکل زیر نحوه نصب این فلومتر گرذلبی در شرایط گوناگون ترسیم شده است:

 

 

 

 

 

 

 

رابطه افت فشار در اثر مانع نیز در مثال زیر آمده است:

منبع:

http://kalatajhiz.com/flow-measurement-training/1771-vortex-flowmeter