اندازه گیری جریان در مجاری باز و بسته

اندازه گیری جریان سیالات در مجاری باز و بسته در کاربرد‌های صنعتی نقشی حیاتی ایفا می‌کند. برای بهره ­برداری کارآمد، کنترل فرآیند و مدیریت محیط زیست، نیازمند اندازه ­گیری دقیق نرخ جریان هستیم.

سنجش سیال در مجاری باز عموماً شامل انتقال آب و فاضلاب می­ شود.

این در حالی است که سنجش سیال در مجاری بسته سیالات مختلفی از جمله آب، فاضلاب، نفت، گاز و دیگر ترکیبات صنعتی را شامل می ­شود.

سنجش دقیق سیالات به طور کلی می­‌تواند مزایای مختلفی شامل:

• مدیریت مناسب و دقیق مقدار سیال
• مدیریت مناسب مقدار انرژی مورد نیاز برای انتقال
• امکان تخصیص مناسب منابع
• کاهش ریسک در تجهیزات انتقال و کاهش خطرات
• امکان محاسبه دقیق مصرف کننده ­ها

جریان سیال در یک مجرا ممکن است به دو صورت تحت فشار و یا جریان آزاد انتقال یابد و از این نظر می­توان هیدرولیک این مجاری را به هیدرولیک مجاری تحت فشار و هیدرولیک کانال­های باز تقسیم­ بندی نمود.

جریان در مجاری بسته و باز

در جریان تحت فشار یا جریان در مجاری بسته، تمام سیال درون یک مرز بسته محصور است و مرزهای حرکت مایع در تماس با جدار جامد می ­باشد.

در مجاری باز سیال در تمام مرزها در تماس با جداره جامد نمی ­باشد، بلکه یک مرز جریان در تمام مسیر در معرض فشار اتمسفر قرار دارد و لایه جدایی محیط مایع با فضای اطراف در تعادل با این فشار ثابت عمل می­ کند.

جریان تحت فشار مانند جریان در یک خط لوله تحت فشار مشابه لوله ­کشی آب شهری می­باشد.

در شکل 1 جریان در مجاری باز با هندسه ­های مختلف مصنوعی شامل کانال مثلثی، ذوزنقه ­ای، دایره ­ای، سهموی و کانال های طبیعی نمایش داده شده است.

روش­های مختلف سنجش سیالات

روش­های مختلفی برای سنجش سیالات در مجاری باز و بسته وجود دارد که در شکل 3 شماتیک کلی این روش­ ها ارائه شده است.

مطابق شکل زیر سنجش سیال در مجاری بسته به دو روش کلی سنجش سرعت و سنجش دبی تقسیم ­بندی می شود. و در مجاری باز دو روش اندازه­ گیری مبتنی بر دبی-شل و مبتنی بر رابطه پیوستگی داریم.

روش سنجش سرعت :

در روش سنجش سرعت دبی سنج سرعت سیال را اندازه گیری کرده و با توجه به مساحت مقطع مورد نظر مقدار دبی را از رابطه Q=A×V از حاصل ضرب سرعت (V) در سطح مقطع (A) محاسبه می کند.

روش های مختلف اندازه گیری سرعت در مجاری تحت فشار شامل روش های آلتراسونیک، الکترومغناطیسی، داپلر، و ورتکس می باشند.

در شکل 3 سنجش سرعت بر اساس روش آلتراسونیک را مشاهده می کنید.

روش سنجش دبی :

در روش­های بر پایه سنجش دبی، دبی­ سنج به صورت مستقیم مقدار دبی را محاسبه می­کند. از جمله روش­های این دسته میتوان به روش­های کوریولیس، حرارتی، اختلاف فشاری و توربینی اشاره کرد.

در شکل 4 دبی سنجی بر اساس روش کوریولیس را مشاهده می کنید.

روش مبتنی بر دبی-اشل :

در روش­های مبتنی بر دبی اشل با تشکیل مقطع کنترل با استفاده از کاهش مقطع (به صورت تنگ شدگی در عرض یا بالاآمدگی در کف)، یک رابطه بین دبی و اشل (عمق آب در بالادست سازه) برقرار می ­شود.

با داشتن این رابطه (جدول و یا فرمول)، تنها با قرائت عمق جریان می­توان مستقیم دبی را محاسبه کرد و نیازی به برداشت سرعت نداریم.

از جمله روش­ها یا سازه ­های مرتبط با این روش می­توان سرریز، فلوم، دریچه­ و ترکیب سرریز-دریچه­ را نام برد.

در شکل 5 یک سازه پارشال فلوم به عنوان یک نمونه از این نوع سازه ­های مبتنی بر دبی-اشل را مشاهده می کنید

روش مبتنی بر رابطه پیوستگی :

در روش سنجش دبی در مجاری باز به روش مبتنی بر رابطه پیوستگی با اندازه­ گیری سرعت و سطح مقطع می توان با استفاده از رابطه Q=A×V مقدار دبی را از حاصل ضرب آن­ها محاسبه کرد.

روش­ ها متداول اندازه ­گیری سرعت در این روش به دو دسته کلی اندازه ­گیری دینامیک و استاتیک تقسیم بندی می­شود.

در روش دینامیک بر مبنای تکنولوژی های جدید، بصورت پیوسته مقدار سرعت لحظه ­ای اندازه گیری و می ­توان مقدار دبی کانال را به صورت پیوسته اندازه گیری کرد.

از جمله این روش ­ها می­ توان به روش­ های راداری، آلتراسونیک و داپلر اشاره کرد.

ولی در روش های استاتیک از روش­هایی مانند میکرومولینه و یا ADCP برای اندازه ­گیری سرعت برای برداشت­ های مقطعی استفاده می­ شود.

روش­های استاتیک قابلیت اندازه­ گیری پیوسته جریان را ندارند.

در شکل 6 یک نمونه دبی سنجی بر مبنای روش آلتراسونیک و در شکل 7 دبی سنجی به روش راداری نمایش داده شده است.