اندازه گيري جريان گرداب

فلومتر گردابی: اصل کار و کاربردها

1. اصل کار

فلومتر گردابی بر اساس پدیده خیابان گردابی کارمن عمل می‌کند. هنگامی که یک سیال از یک جسم کند (vortex shedder) عبور می‌کند، گرداب‌های متناوبی در پایین‌دست ایجاد می‌شوند. فرکانس این گرداب‌ها (F) مستقیماً با سرعت سیال (u) متناسب است، همانطور که در معادله زیر توضیح داده شده است:

F = St cdot frac{u}{d}

F: فرکانس ریزش گرداب (هرتز)

St: عدد استروهال (بی‌بعد، معمولاً 0.17 تا 0.22 برای جریان پایدار)

u: سرعت متوسط سیال (متر بر ثانیه)

d: عرض جسم کند (متر)

عدد استروهال (St) در یک محدوده عدد رینولدز (Re) خاص ثابت می‌ماند و از خطی بودن بین فرکانس و دبی اطمینان حاصل می‌کند.

2. پارامترهای کلیدی

(1) محدوده عدد رینولدز (Re)

Re = frac{rho u D}{mu}

محدوده اندازه‌گیری پایدار: 2×10⁴ ≤ Re ≤ 7×10⁶

زیر Re < 2×10⁴: St تغییر می‌کند و اندازه‌گیری را غیرقابل اعتماد می‌کند.

بالای Re > 7×10⁶: تلاطم ممکن است باعث بی‌ثباتی St شود.

(2) روش‌های تشخیص گرداب

سنسورهای پیزوالکتریک: نوسانات فشار ناشی از گرداب‌ها را تشخیص می‌دهند.

سنسورهای حرارتی: تغییرات دما ناشی از ریزش گرداب را اندازه‌گیری می‌کنند.

سنسورهای اولتراسونیک/خازنی: تشخیص فرکانس بدون تماس.

3. مزایا

✅ بدون قطعات متحرک: حداقل سایش، عمر طولانی.

✅ نسبت کاهش گسترده (1:10 تا 1:30): مناسب برای دبی‌های متغیر.

✅ افت فشار کم: از نظر انرژی در مقایسه با صفحات روزنه کارآمدتر است.

✅ سازگاری سیال متنوع: با مایعات، گازها و بخار کار می‌کند.

4. محدودیت‌ها

❌ حساسیت به لرزش: لرزش‌های خارجی ممکن است با دقت سیگنال تداخل داشته باشد.

❌ حداقل سرعت جریان مورد نیاز: معمولاً >0.5 متر بر ثانیه برای مایعات، >3 متر بر ثانیه برای گازها.

❌ الزامات مسیر مستقیم لوله: بخش‌های مستقیم بالادست/پایین‌دست برای جریان پایدار مورد نیاز است.

5. کاربردها

اندازه‌گیری جریان بخار (به عنوان مثال، دیگ‌های بخار، سیستم‌های HVAC)

نظارت بر هوای فشرده/گاز

فرآیندهای شیمیایی و پتروشیمی

تصفیه آب/فاضلاب

6. خروجی سیگنال و کالیبراسیون

خروجی پالس/فرکانس: مستقیماً با دبی متناسب است.

خروجی آنالوگ 4–20 میلی‌آمپر: برای ادغام با سیستم‌های کنترل.

کالیبراسیون: با استفاده از آب یا هوا انجام می‌شود، با St تنظیم شده برای سیالات خاص.

نتیجه‌گیری

فلومترهای گردابی قابلیت اطمینان بالا، نگهداری کم و کاربرد گسترده‌ای برای اندازه‌گیری جریان صنعتی ارائه می‌دهند. عملکرد آنها به نصب صحیح و عملکرد در محدوده Re پایدار بستگی دارد. پیشرفت‌های آینده بر جبران لرزش و افزایش حساسیت جریان کم متمرکز است.