Вплив режиму руху потоку та шорсткості трубопроводу на похибку хордових ультразвукових витратомірів

Abstract

Стаття присвячена дослідженню впливу режиму руху потоку та шорсткості внутрішньої поверхні стінки вимірювального трубопроводу (ВТ) на похибку (δ) багатоканальних хордових ультразвукових витратомірів (УЗВ) для задач їх автоматизованого проєктування. Проведені в роботі дослідження та розрахунки виконані на основі параболічного (описує ламінарний режим руху) та степеневого (описує турбулентний режим руху) закону розподілу швидкості потоку. Для моделювання впливу шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ застосовано степеневий закон розподілу, в якому степінь (експонента Нікурадзе) визначається через модифіковане рівняння Колбрука-Уайта розроблене колективом авторів Calogirou, Boekhoven та Henkes в 2001 році. За результатами проведених досліджень встановлено, що за ламінарного режиму руху потоку, похибка δ (за умов відсутності спотворень профілю швидкості) не залежить ані від числа Рейнольдса (Re), ані від величини шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ, ані від кількості хордових акустичних каналів (N) УЗВ – її значення менше ±0,3 %, що відповідає вимогам ISO17089-1 до ефектів, які виникають в реальних умовах експлуатації. За турбулентного режиму руху потоку та відсутності шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ, похибка δ залежить від числа Re – її значення додатньо зростає при зменшенні Re, проте, при УЗВ з N ≥ 4, цим впливом можна знехтувати, адже δ = ±0,3 % (при УЗВ з N ≤ 3 цей вплив можна зменшити підбором оптимального методу розрахунку відстаней розташування та вагових коефіцієнтів акустичних каналів на базі числових методів інтегрування, як от OWICS). За турбулентного режиму руху потоку та наявності шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ, похибка δ буде мати ту саму поведінку, що і при відсутності шорсткості; тобто, шорсткість внутрішньої поверхні стінки ВТ суттєво не впливає на похибку вимірювання витрати багатоканальних хордових УЗВ, особливо на ВТ великих діаметрів. Як результат, УЗВ з N ≥ 4 є ідеальним варіантом для вимірювання витрати та кількості плинних енергоносіїв з високими вимогами до точності, нівелюючим цим вплив режиму руху потоку та шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ.