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

Abstract

Стаття присвячена дослідженню впливу режиму руху потоку та шорсткості внутрішньої поверхні стінки вимірювального трубопроводу (ВТ) на похибку одноканальних діаметральних ультразвукових витратомірів (УЗВ) для задач їх автоматизованого проєктування. Виконавши аналіз наявних законів розподілу швидкості потоку в поперечному перерізі ВТ, було обрано поширений в подібних наукових задачах степеневий закон, на базі якого виконано подальші комп’ютерні моделювання. Так, при роботі діаметральних УЗВ в ламінарному режимі руху потоку, його похибка вимірювання швидкості ніяк не залежить від шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ та конкретного значення числа Рейнольдса (Re) – коефіцієнт поправки на профіль потоку (kv), який зазвичай потребує діаметральний УЗВ для приведення виміряної швидкості потоку до усередненої швидкості по перерізу ВТ, на всьому діапазоні ламінарного режиму (Re < 2300) рівний 0,75. Під час роботи діаметрального УЗВ в турбулентному режимі руху потоку (Re > 4000), похибка вимірювання швидкості УЗВ залежить від числа Рейнольдса та шорсткості: а) для гладкої труби, похибка знаходиться в діапазоні 4…9 % і зменшується при зростанні числа Рейнольдса – для врахування цього ефекту, в роботі запропоновано дві формули для визначення експоненти степеневого закону n = f(Re), яка входить до універсального рівняння розрахунку коефіцієнта kv = f(n) діаметрального УЗВ; б) для негладкої труби, похибка вимірювання швидкості УЗВ зростає (на додаток до її природи на гладкій трубі) зі збільшенням значення абсолютної шорсткості (e), проте, цей ефект сповільнюється зі збільшенням діаметра ВТ (D) – для врахування цього ефекту, в роботі запропоновано три інші формули для визначення експоненти степеневого закону n = f(Re,e,D), які окрім числа Рейнольдса враховують абсолютну шорсткість внутрішньої поверхні стінки ВТ та його діаметр. Всі п’ять відібраних формул для визначення експоненти степеневого закону розподілу запропоновано інтегрувати до раніше розробленої комп’ютерної програми AutoDesignUSM для автоматизованого проєктування УЗВ, що дозволить враховувати на етапі розробки нових конструкцій витратомірів, вплив на їх похибку режиму руху потоку та шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ.