مقاييس تدفق الدوران

مقياس التدفق الدوامي: مبدأ العمل والتطبيقات

1. مبدأ العمل

يعمل مقياس التدفق الدوامي بناءً على ظاهرة شارع الدوامات لكارمان. عندما يتدفق سائل ما عبر جسم كليل (مولد دوامات)، تتولد دوامات متناوبة في اتجاه مجرى التدفق. يتناسب تردد هذه الدوامات (F) طرديًا مع سرعة السائل (u)، كما هو موضح في المعادلة:

F = St cdot frac{u}{d}

F: تردد توليد الدوامات (هرتز)

St: رقم ستروهال (بلا أبعاد، عادةً 0.17–0.22 للتدفق المستقر)

u: متوسط سرعة السائل (م/ث)

d: عرض الجسم الكليل (م)

يظل رقم ستروهال (St) ثابتًا ضمن نطاق رقم رينولدز (Re) محدد، مما يضمن وجود علاقة خطية بين التردد ومعدل التدفق.

2. المعلمات الرئيسية

(1) نطاق رقم رينولدز (Re)

Re = frac{rho u D}{mu}

نطاق القياس المستقر: 2×10⁴ ≤ Re ≤ 7×10⁶

أقل من Re < 2×10⁴: يتغير St، مما يجعل القياس غير موثوق به.أعلى من Re > 7×10⁶: قد تتسبب الاضطرابات في عدم استقرار St.

(2) طرق الكشف عن الدوامات

مستشعرات بيزو كهربائية: تكتشف تقلبات الضغط الناتجة عن الدوامات.

المستشعرات الحرارية: تقيس اختلافات درجة الحرارة الناتجة عن توليد الدوامات.

المستشعرات فوق الصوتية/السعوية: كشف التردد بدون تلامس.

3. المزايا

✅ لا توجد أجزاء متحركة: الحد الأدنى من التآكل، عمر خدمة طويل.

✅ نسبة التدوير العالية (1:10 إلى 1:30): مناسبة لمعدلات التدفق المتغيرة.

✅ انخفاض الضغط: موفرة للطاقة مقارنة بألواح الفتحات.

✅ توافق السوائل المتنوع: تعمل مع السوائل والغازات والبخار.

4. القيود

❌ الحساسية للاهتزاز: قد تتداخل الاهتزازات الخارجية مع دقة الإشارة.

❌ الحد الأدنى لسرعة التدفق المطلوبة: عادةً >0.5 م/ث للسوائل، >3 م/ث للغازات.

❌ متطلبات المقطع المستقيم للأنابيب: يلزم وجود أقسام مستقيمة في اتجاه المنبع/المصب لتدفق مستقر.

5. التطبيقات

قياس تدفق البخار (مثل الغلايات وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء)

مراقبة الهواء المضغوط/الغاز

العمليات الكيميائية والبتروكيماوية

معالجة المياه/مياه الصرف الصحي

6. إخراج الإشارة والمعايرة

إخراج النبض/التردد: يتناسب طرديًا مع معدل التدفق.

إخراج تناظري 4–20 مللي أمبير: للتكامل مع أنظمة التحكم.

المعايرة: يتم إجراؤها باستخدام الماء أو الهواء، مع تعديل St لسوائل معينة.

الخلاصة

توفر مقاييس التدفق الدوامي موثوقية عالية وصيانة منخفضة وقابلية تطبيق واسعة لقياس التدفق الصناعي. يعتمد أدائها على التركيب السليم والتشغيل ضمن نطاق Re المستقر. تركز التطورات المستقبلية على تعويض الاهتزازات وتوسيع الحساسية للتدفق المنخفض.