EN
Aktualności
Przewodnik pomiarowy przepływu
Time : 2025-08-14
Wprowadzenie
Przepływ oznacza objętość cieczy przepływającej przez dany punkt w jednostce czasu. W pomiarach zasobów wodnych, przepływ jest zazwyczaj wyrażany w jednostkach takich jak stopy sześcienne na sekundę (cfs), metry sześcienne na sekundę (cms), galony na minutę (gpm) lub innych podobnych jednostkach. Dokładny pomiar przepływu jest kluczowy w zastosowaniach takich jak sterowanie systemami, rozliczenia oraz projektowanie inżynierskie. Artykuł omawia kilka popularnych metod pomiaru przepływu i zawiera odpowiednie informacje tła.
Równanie ciągłości przepływu
W warunkach ustalonych (czyli niezmiennych w czasie) zasada ciągłości nakazuje, że woda wprowadzana do jednego końca rury musi opuścić drugi koniec. Równanie ciągłości wyraża się wzorem:
Przepływ = Prędkość × Powierzchnia przekroju poprzecznego
W warunkach ustalonych iloczyn prędkości i powierzchni przekroju poprzecznego pozostaje stały w dowolnym punkcie wzdłuż rury. Na przykład, jeśli prędkość wynosi 10 stóp na sekundę, a powierzchnia przekroju poprzecznego wynosi 10 stóp kwadratowych, to natężenie przepływu będzie wynosić 10 × 10 = 100 stóp sześciennych na sekundę.
Metody pomiaru przepływu w kanałach otwartych
Metoda szacunkowa wizualna
Podstawowe podejście polega na szacowaniu przepływu poprzez wizualną ocenę prędkości i powierzchni przekroju poprzecznego. Linijka może poprawić dokładność pomiaru powierzchni, a zegarek z sekundnikiem pozwala zmierzyć czas przesuwania się unoszących się w wodzie przedmiotów (np. zanieczyszczeń) na znanej odległości, co umożliwia oszacowanie prędkości.
Zastosowanie: Sytuacje niskiego przepływu lub szacunki rzędu wielkości.
Metoda głębokość-przepływ (równanie Manninga)
Gdy znana jest geometria kanału i jego nachylenie oraz przepływ jest jednostajny, równanie Manninga oblicza przepływ wykorzystując pomiary głębokości. Wzór wiąże prędkość z głębokością, nachyleniem i współczynnikiem chropowatości Manninga (n).
Uwaga: Nie nadaje się do przepływu stopniowo zmiennego (np. wstępującego w górę rzeki wody za zaporą). United States Geological Survey (USGS) często wykorzystuje tę metodę, stosując modele hydrauliczne do ustalenia zależności pomiędzy poziomem wody a przepływem.
Główne urządzenia pomiarowe
Konstrukcje takie jak przelewy lub cieki zmuszają przepływ do przejścia przez głębokość krytyczną, tworząc jednoznaczną zależność między głębokością a przepływem.
Zalety: Pomiar bezdotykowy, wysoka niezawodność.
Wady: Potencjalna strata ciśnienia. Uznawana za najdokładniejszą metodę pomiaru w kanałach otwartych.
Mierniki polowo-prędkościowe (mierniki AV)
Te urządzenia mierzą głębokość (przekształcaną na pole powierzchni) oraz prędkość (za pomocą dopplerowskiego ultradźwięku lub optycznego śledzenia powierzchni) w celu obliczenia przepływu przy użyciu równania ciągłości. Popularne marki to m.in. ISCO, ADS i Hach (mierniki Sigma i Marsh-McBirney).
Zastosowanie: Tymczasowe monitorowanie kanalizacji.
Wady: Wymaga zanurzenia czujnika, częstej konserwacji oraz oferuje niższą dokładność niż urządzenia podstawowe.
Przyrządy do pomiaru przepływu metodą czasu przejścia
Stworzone do dużych rurociągów w przemyśle petrochemicznym, wykorzystują czas przejścia fal ultradźwiękowych między czujnikami do obliczania prędkości przepływu.
Zalety: Wysoka precyzja dzięki profilowaniu prędkości przekroju przepływu.
Wady: Wyższy koszt wynikający ze złożonej instalacji.
Metody pomiaru przepływu w pełnym rurociągu
Przyrządy zwężkowe Venturiego
Wykorzystują efekt Venturiego – ograniczają przepływ, aby wytworzyć spadek ciśnienia mierzony zgodnie z zasadą Bernoulliego.
Zastosowanie: Czysta woda; w przypadku ścieków istnieje ryzyko zapychania otworów pomiarowych ciśnienia.
Liczniki przepływu turbinowe
Urządzenia mechaniczne mierzące przepływ poprzez prędkość obrotową turbiny.
Ograniczenia: Przeznaczone wyłącznie do czystej wody; ciała stałe w ściekach mogą zablokować turbinę.
Przepływomierze magnetyczne
Działają na podstawie prawa indukcji Faradaya, wykrywając napięcie indukowane przez ruch płynu w polu magnetycznym.
Zalety: Brak dodatkowych strat ciśnienia; obecnie dostępne również do zastosowań w kanałach otwartych.
Podsumowanie
Każda metoda posiada unikalne zalety, ograniczenia i poziomy dokładności. Wybór odpowiedniej techniki zależy od wymagań konkretnego zastosowania. Narzędzia analityczne oparte na chmurze mogą wspomagać przetwarzanie danych oraz ocenę wydajności przepływomierzy.
