автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Измерение нестационарных расходов осредняющими напорными трубками в неизотермических условиях

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса средств и методов измерения количества жидкостей и газов.

1.1. Нестационарные турбулентные течения жидкостей.

1.2. Требования, предъявляемые к расходомерам и счетчикам количества жидкостей и газов.

1.3. Расходомеры и счетчики количества.

1.4. Зависимость расхода от местной скорости.

1.5. Измерения насадками нестационарных потоков.

1.6. Инерционные свойства насадков.

1.7. Напорные усредняющие устройства

Глава 2. Экспериментальная часть . . ." г.

2.1. Государственный первичный эталон расхода.

2.1.1. Результаты исследования эталона.

2.2. Устройство и работа установки.

2.2.1. Преобразователи расхода, малочувствительные к деформации потока.,.

2.2.2. Преобразователь перепада давления САПФИР-22ДД-ВН.

2.2.3. Автоматизированная информационно-измерительная система, используемые первичные преобразователи. Методика калибровки и измерений.

2.2.3.1. Калибровка нормирующих усилителей и интерфейса связи.

2.2.3.2. Динамические характеристики рассматриваемой измерительной системы.

2.2.4. Методика проведения испытаний и измерения расхода ОНТ на Государственном первичном эталоне.

2.2.5. Методика расчета узла измерения расхода посредством осредняющих напорных трубок.

2.2.6. Определение погрешности измерения.

Глава 3. Результаты эксперимента на Государственном первичном эталоне расхода.

3.1. Обоснование выбора точек отбора полного давления посредством интегрирующей трубки, имеющей коэффициент расхода, равный единице

3.2. Учет пульсаций перепада давления.

3.3. Длина предвключенного участка гидродинамической стабилизации

3.4. Экспериментальное обоснование геометрических параметров расхо-домерных узлов.

3.5. Результаты исследований ОНТ на ГПЭ при измерении нестационарного расхода.

Глава 4. Совместное влияние гидродинамической нестационарности и температуры газового потока на коэффициент расхода осредняющей напорной трубки.ЮЗ

4.1. Экспериментальная установка и методика выполнения исследований

4.2. Методика калибровок и измерений.

4.3. Результаты экспериментальных исследований.

Выводы.

Для удовлетворения возросших потребностей промышленности в современных средствах получения, преобразования и передачи информации, а также для хранения, обработки сведений и выработки надлежащих команд управления создана Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Важнейшей задачей современной измерительной техники вообще и особенно техники измерения расхода, количества и вместимости веществ, является создание условий для контроля за достоверностью показаний работы приборов, проведение калибровки и аттестации приборов на уровне, обеспечивающим их непрерывное совершенствование. Эта задача ставится особенно актуально в наши дни из-за того, что цены на энергоносители постоянно увеличиваются. И в связи с этим из-за неточного учета количества энергоносителей, сырья или готовой продукции народное хозяйство в целом и предприятия в частности несут огромный материальный ущерб.

Недостаточное развитие метрологического обеспечения, начиная с отсутствия полноценной научно-экспериментальной базы и кончая подготовкой специальных кадров - это одна из основных причин того, что существующая техника измерений еще не отвечает запросам современного высокоразвитого уровня производства. Те немногочисленные расходомерные установки, находящиеся на предприятиях и в организациях, по своим показателям не обеспечивают качественной основы для развития этой отрасли приборостроения, а установки метрологических институтов не в состоянии удовлетворить по объему исследования, совершенствующие эту отрасль метрологии.

Измерения расхода и количества веществ находят широкое применение в самых различных отраслях промышленности: нефтяной, нефтеперерабатывающей, газовой, химической и др.

- 6

По показаниям приборов расхода и количества осуществляется планирование норм расхода и потерь веществ, учет их при хранении, отпуске и распределении, обеспечение оптимальности технологических процессов, что и определяет качество выпускаемой продукции.

Поэтому экспериментальные и теоретические исследования в области измерения расходов жидкостей и газов представляются актуальной задачей. 7

выводы

1. Разработана, изготовлена и испытана во ВНИИРе, на Государственном первичном эталоне расхода экспериментальная установка исследования коэффициента расхода осредняющих напорных трубок в зависимости от расхода, частоты и амплитуды пульсаций водяного потока на трубах с Dy = 50, 100, 150 мм.

2. Получены экспериментальные результаты, уточняющие геометрические параметры ОНТ (диаметр и количество затворных отверстий, место положения их относительно рабочего участка, диаметр ОНТ), при использовании которых коэффициент расхода ОНТ близок к единице.

3. Данные, полученные в результате эксперимента на ГПЭ расхода позволяют смоделировать параметры осредняющих напорных трубок и рабочих участков для точных измерений расходов с диаметрами трубопроводов более 1000 мм.

4. Разработана методика расчета узла измерения расхода посредством осредняющих напорных трубок.

5. Разработана, изготовлена и прошла испытания экспериментальная лабораторная установка для исследования совместного влияния гидродинамической нестационарности и температуры газовоздушного потока на коэффициент расхода осредняющих напорных трубок.

6. Экспериментальные данные, полученные на установке, позволяют сделать вывод о независимости влияния гидродинамической нестационарности (изменения расхода, амплитуды и частоты пульсаций) на коэффициент расхода осредняющих напорных трубок от температуры потока.

1. Маккроски. Некоторые последние работы iio нестационарной гидродинамике. Фримановская лекция (1976).

2. Кремлевский П.П. Состояние и направления развития измерений расходов и количеств жидкости, газа и пара // В кн.: "Измерение расходов жидкости, газа, пара".- М., 1967 С. 3-9.

3. Кремлевский П.П., Кирмалов JI.A., Оршанский Д.Д., Фрейдель P.P. Классификация приборов теплоэнергетического и технологического контроля-M.-JL: Машгиз, 1954 216 с.

4. Кремлевский П.П. Измерение количества протекшей по трубопроводу жидкости или газа (пара). Классификация методов и Приборов "Энциклопедия измерений, контроля и автоматизации", 1962, вып. 1- С. 33-34.

5. Кремлевский П.П. Измерение расхода жидкости, газа и пара в трубопроводах. Классификация методов и приборов- "Энциклопедия измерений, контроля и автоматизации", 1964, вып. 2.- С. 7-12.

6. Кремлевский П.П. Измерение расходов и количеств жидкости, газа и пара. М.: НТОприборпром, 1964.- 50 с.

7. Полунин C.B. Измерение расхода жидкостей, газов и паров в трубопроводах по перепаду давления.- "Энциклопедия технических измерений", 1935, вып. 4.-С. 99.

8. Альтштуль А.Д. Измерение расхода в трубопроводах путем измерения скорости в одной точке. "Измер. техн.", 1956, №3- С. 40-42.

9. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. -4-е изд., перераб. и доп. -JI.Машиностроение. Ленингр.отд-ние, 1989 701 с

10. Дрейцер Г.А., Марковский П.М. Нестационарный теплообмен при изменении расхода нагреваемого газа в круглой трубе ЦИОНТПИК ВИНИТИ, № 6

11. Доклад государственному комитету стандартов совета министров СССР. Государственный первичный эталон единицы объемного расхода жидкости / ВНИИФТРИ. Казанский филиал; Сост. Г.Д.Хомяков.- Казань, 1974- 23 с.

12. Расчет и конструирование расходомеров / Под ред. П.П.Кремлевского- М.: Машиностроение .Ленингр.отд-ние , 1978.- 224 с.

13. Андронов И.В. Измерение расхода жидкостей и газов. М.: Энерго-издат, 1981- 88 с.

14. Крикун А.Н., Фафурин A.B., Крикун Н.Г., Зарипов Р.Н. Экспериментальные исследования влияния конструктивных параметров определяющих напорных трубок на коэффициент расхода при различных диаметрах / Тезисы докл.нтконф. КГТУ-Казань, 1998-С.

15. Иванов Г.М. и др. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов / Г.М.Иванов, Н.Д.Кузнецов, В.С.Чистяков.- М.: Энергоатомиздат, 1984.-232 с.

16. Дейч М.Е., Лазарев Л .Я. Исследование перехода турбулентного пограничного слоя в ламинарный / ИФЖ 1964, Т.7, №4.- С. 18-24.

17. Букреев В.И., Шахин В.М. Сопротивление трения и потери энергии при турбулентном пульсирующем течении в трубе / Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, 1977, № 1- С. 160-162.

18. Григорьев М.М. Микроструктура нестационарного турбулентного течения в трубе и ее влияние на процессы переноса- Дис. канд. техн. наук.: 05.14.05.-ДСП, Казань, 1987.-215 с.

19. Марков С.Б. Экспериментальное исследование скоростной структуры и гидравлических сопротивлений в неустановившихся напорных турбулентных потоках / Изв. АН СССР сер. Механика жидкости и газа 1973, № 2 - С. 65-74.

20. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении М.: Машиностроение, 1965.

21. Телионис Д.П. Отрывные и безотрывные нестационарные пограничные слои. Обзор / Теоретические основы, 1979, Т. 101, № 1- С. 142-160.

22. Повх И.Л. Техническая термодинамика Л.: Машиностроение, 1969524 с.

23. Романенко П.Н. Гидродинамика и тепломассообмен в пограничном слое-М.: Энергия, 1974.-464 с.

24. Рабинович С.Г. Погрешности измерений Ленинградское отделение изд. Энергия, 1978.

25. Телионис Д.П., Романюк М.С. Расчет поправок к среднему полю скорости и температуры в колеблющихся пограничных слоях / Ракетная техника и космонавтика 1978, Т. 16, № 5.- С. 93-102.

26. Фирма "Дитриш Стендарт".Устройство для измерения параметров потока .Инструкция по монтажу, эксплуатации и техническому обслуживанию. Перевод № Н-3157, М., 1996.

27. Юшко C.B. Нестационарное течение газа в соплах Дисс. канд. техн. наук: 01.02.05-Казань, 1996.- 190 с.

28. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена.- Новосибирск: Наука, 1970.-247 с.-12833. Турбулентные течения и теплопередача. Под ред. Линь Цзя-Цзяо- М.: Наука, 1963.- 57 с.

29. Петунин А.И. Методы и техника измерений параметров газового потока-М.: Машиностроение, 1972.-328 с.

30. Тупиченков И.Н., Фафурин A.B. основные направления гидродинамических исследований при решении метрологических задач в области измерения расхода и количества веществ / В сб. трудов ВНИИФТРи, вып. 124-М.-Казань, Изд-востандартов, 1972.

31. Фафурин A.B., Тупиченков И.Н., Ахметзянов Ш.А. Теоретическое и экспериментальное определение коэффициентов расхода расходомерных устройств / Труды метрологических институтов, № 135 (195), 1972.

32. Фафурин A.B., Кузьмин В.В., Тупиченков И.Н., Матвеев Ю.О. К вопросу определения оптимальных мест установки расходомерных устройств с учетом шероховатости стенки / Труды метрологических институтов, № 135 (195), 1972.

33. Фафурин A.B., Мосеев В.М., Шмульсик Т.М. Определение коэффициента расхода сопел при нестационарных условиях / Труды метрологических институтов, № 149 (209), 1974.

34. Фафурин A.B., Фесенко С.С., Федоров A.B. Измерение расхода с помощью интегрирующих трубок / Тезисы докл. всесоюзн. конф. "Развитие системы метрологического обеспечения расхода и количества вещества".- Казань, 1975.

35. Рей А.К. Влияние размера отверстия на показания статического давления при различных числах Re / Механика Изд.иностр.литер.- 1957, №2 (42).

36. Крикун А.Н., Фафурин A.B. Влияние гидродинамической нестационарности на коэффициент расхода осредняющих напорных трубок / Тезисы докл. Нтк КГТУ.- Казань, 2000.- С.

37. Крикун А.Н., Юшко С.В., Фафурин A.B. Коэффициент расхода осредняющих напорных трубок и его зависимость от гидродинамической нестационарности и температуры / Тезисы докл. Нтк КГТУ Казань, 2000 - С.

38. Дробышева H.A., Никифоров А.Н., Федоров A.B. Измерение нестационарных расходов с помощью сужающих устройств. Метрологическое обеспечение измерений М.: ВНИИКИ, 1984 - 33 с.

39. Дробышева H.A., Никифоров А.Н., Федоров A.B. Влияние нестационарности на коэффициент расхода сужающих устройств / Тезисы докладов 4-го Всесоюзного симпозиума Л.: ВНИИМ им.Д.И.Менделеева, 1984 - С. 172-174.

40. Крикун А.Н., Крикун Н.Г. Экспериментальная установка исследования коэффициента расхода осредняющих напорных трубок Казань, КГТУ, 1999.-С. 84.

41. Методика измерения расхода и количества газа при наличии пульсаций.- Казань, ВНИИР, 1995.- 26 е.-130—

42. Binder G., Kueny J.L.,"Measurements of the periodic velocity osscilatons near the wall in unsteady turbulent channel flow", Turbulent shear flow, 3, Selected papers from the third intern, Symp. on turb. flows, 1981, pp. 6-17.

43. Cousteix J., Houdeville R., Javelle J.,"Responce of a turbulent boundary layer to a pulsation of the external flow with and without adverse pressure gradient", IUTAM Simp. Unsteady turb. shear flow. Toulouse, France, 1981, pp. 120-144.

44. Gerrard J.H.,"An experimental investigation of pulsating turbulent water flow in a tube", Journal of Fluid Mechanics, vol. 46, 1971, pp. 43-64.

45. Hartner E.,"Turbulenzmessung in pulsierender rohrstromung", doctor-ing. genemigten dissert.: 21.02.1984-Tu Munchen, 1984., 136 S.

46. Hino M., Kashiwayanagi M., Nakayama А., Нага T.,"Experiments on the turbulence statistics and the structure of a reciprocating ascillatory flow", J. Fluid Mech., vol. 131, 1983, pp. 363-400.

47. Hussain A.K.M.F. and Reynolds W.C.,"The mechanics of an organized wave in turbulent shear flow", Journal of Fluid Mechanics, vol. 41, 1970, pp. 241258.

48. Iguchi M., Ohmi M., Tanaka S.,"Experimental study of turbulence in a pulsatile pipe flow", Bull. JSME, vol. 28, 1985, № 246, pp. 2915-2922.

49. Karlsson S.K.F.,"An unsteady turbulent boundary layers", Journal of Fluid Mechanics, vol 5, 1959, pp. 622-636.

50. Kirmse R.E.,"Investigations of pulsating turbulent pipe flow", Trans. ASME, Journal fluids eng., vol. 101, 1979, № 4, pp. 436-442.

51. Kita Y., Adachi Y., Hirose K.,"Periodically oscillating turbulent flow in a pipe", Bull. JSME, vol. 23, 1980, № 179, pp. 656-664.

52. Kobashi Y., Hayakawa M.,"Structure of turbulent boundary layer on an oscillating flat plate", IUTAM Symp. Unsteady turb. shear flows, Toulouse, France, 1981, pp. 67-76.

53. Mizushina T., Maruyama T., Hirasawa H.,"Structure of the turbulence in pulsating pipe flows", Journal chem. eng., Japan, vol. 8, № 3, 1975, pp. 210-216.131 —

54. Mizushina T., Maruyama T., Shiozaki Y.,"Pulsating turbulent flow in a tube", Journal Chem. Eng. Jap., vol. 6, 1973, № 6, pp.487-494.

55. Mizushina Tokuro, Maruyama Toshiro and Hirasawa Hideo, "Structure of the turbulence in pulsating pipe flow", Department of Chemical Engineering, Kyoto University, Kyoto, 606, press.

56. Ohmi M., Iguchi M, Usui T., Minami H.,"Flow pattern and frictional losses in pulsating pipe flow. Part 1. Effect of pulsating frequency on the turbulent flow pattern", Bull. JSME, vol. 23, № 186, 1980, pp. 2013-2020.

57. Parikh P.O., Reynolds W.C., Jayraman R., Carr L.W.,"Dynamic behavior of an unsteady turbulent boundary layer", IUTAM Symp. Unsteady turb. shear flow. Toulouse, France, 1.981, pp. 35-46.

58. Ramaprian B.R., Tu S.W., Menendez A.N.,"Periodic turbulent shear flows", Turb. shear flows 4. Sei. pap. Fourth int. symp. Turb. shear flows, univ. Karlsruhe, 1983, pp.301-310.

59. Ramaprian B.R., Tu S.W.,"Fully developed periodic turbulent pipe flow. Part 2. The detailed structure of the flow", Journal Fluid Mech., vol. 137, 1983, pp. 59-81.

60. Shemer L., Wygnansky I, Kit E.,"Pulsating flow in a pipe", J. Fluid Mech., vol. 153, 1985, pp. 313-337.

61. Sympson,R.L., Shivaprasad B.G., Chew Y.T./'Some features of unsteady separating turbulent boundary layers", IUTAM Symp. Unsteady turb. shear flow. Toulouse, France, 1981, pp. 109-119.

62. Tartarin J.,"Etude experimentale de la zone parietale d'un ecoulement turbulent instationnare en conduite bidimensionnelle", Revue phys. Appl., vol. 18, 1983, pp. 495-505.