Průtok. (vznik, klasifikace, měření)

Transkript

1 Průok (vznik, klasifikace, měření)

2 Průok objemový - V m 3 s (neslačielné kapaliny) hmonosní - m (slačielné ekuiny, poluany, ) m kg s Při proudění směsí (např. hydrodoprava) důležiý průok jednolivých složek (možné i různé rychlosi proudění). K4 HYAR

3 Vznik průoku z hlediska hydrauliky (fyziky) změnou pohybového savu ělesa (hmoy ekuiny) působením sil po překonání počáečního napěí (nenulová výslednice vnějších sil působících na ěleso exisence energeického gradienu) z hlediska hydrologického koncenrací vypadlých srážek povrchovým a podpovrchovým odokem do kompakního proudu ekuiny (vody) K4 HYAR 3

4 Příklady siuací, kdy je řeba měři průok určení průoku v ocích - hydrologické bilance odběry vody (průmysl, energeika, zásobování obyvaelsva) zpoplaněné vypoušění odpadních vod zpoplaněné echnologické procesy (úpravny a čisírny vody, chemický a poravinářský průmysl...) měření průoku nejen vody, ale i páry, plynů, ropy a jejích deriváů, chemických sloučenin... K4 HYAR 4

5 Paramery ovlivňující volbu meody měření (čím průok měři) průok objemový X hmonosní měřené médium: slačielné X neslačielné, obsah pevných čásic, eploa a lak měřeného média, chem. agresivia media prosředí měření: erén X provoz X laboraoř, eploa a vlhkos prosředí yp proudění: lakovém porubí X proudění o volné hladině, proudění usálené X neusálené vliv zařízení na proudění (způsobená laková zráa, vzduí hladiny,...) čenos měření: jednorázové X koninuální rozsah měření (minimální a maximální průok) požadovaná přesnos měření finanční náročnos (invesice i provoz) složios osazení a zprovoznění přísupnos mísa měření (obsluha, údržba, nenechavci ) K4 HYAR 5

6 Přehled meod pro měření průoku Přímé měření průoku (objemového či hmonosního): jímání vody do nádrží či pylů (na výoku z lakového porubí, malé pooky a prameny) měření objemu či vážení Objemové průokoměry (vodoměry, klapáka ) Ze změřeného lakového rozdílu způsobeného vloženým prvkem v porubí (měrná clona, dýza, Venuriho rubice) aplikace B.R. Ze změřeného vzduí způsobeného vloženým prvkem v oevřeném koryě (měrné přelivy a měrné žlaby, výok pod savidlem,...) Inegrací změřených rychlosí proudění (elekromagneické či ulrazvukové průokoměry) Meody založené na použií sopovačů Inegrací změřených bodových rychlosí proudění (elekromagneické či ulrazvukové sondy, hydromerické vrule, Pioova rubice,...) Další meody: Coriolisův průokoměr, kolenový průokoměr K4 HYAR 6

7 Přímé měření průoku nejpřesnější, avšak jen pro relaivně malé průoky (nuný objem nádoby), zejména pro kalibraci průokoměrů V m m V m m 3 s kg s m V Objemové průokoměry (vodoměry, plynoměry) nejčasěji měří celkové proeklé množsví K4 HYAR 7

8 Trubní průokoměry založené na zúžení proudu založeny na přeměně lakové energie v kineickou a vzniku energeické zráy clona nejjednodušší, malá savební délka, velké zráy dýza venurimer varově složiý, velká savební délka, malé zráy v S K4 HYAR p g, g v S f S, Re 8

9 9 Trubní průokoměry založené na zúžení proudu B. R. pro profily (pro h =h ): g v g v g p g v g p S v, S v g S g S g p g S g p g p g S g p p g S S S S v průběh laku na cloně zdroj: hp://voda.zb-info.cz K4 HYAR

10 Měrné přelivy s osrou hranou Průok se počíá na základě změřené přepadové výšky h Různé vary přelivných hran (vary výřezů v hradící sěně): obdélník bez boční konrakce (Bazinův přeliv) obdélník s boční konrakcí (Ponceleův přeliv) rojúhelník (pro vrcholový úhel = 90 zvaný Thomsonův přeliv)... mm deail přelivné hrany > 45º K4 HYAR 0

11 Ukázka měrných přelivů použiých v erénu různé hydraulické podmínky K4 HYAR

12 Měrné žlaby o menší vzduí než u přelivů, oproi přelivům se velmi málo zanáší, mají věší savební délku o využívá se vlasnosi říčního proudění v mísě zúžení proudu snížení hladiny (na hloubku kriickou, ev. i menší lokální vyvoření bysřinného proudění Používané žlaby: Venuriho a Parshallův - menší savební délka hrdlo zaopeno nuno měři i hloubku dolní vody (vyšší nejisoy měření) K4 HYAR = f(h, b)

13 Indukční (elekromagneické) průokoměry na porubích, princip lze použí i pro oevřená korya. Z Faradayova zákona (voda = vodič; požadovaná min. vodivos 5 μs běžně 50 μs). El. vodivé médium proékající magneickým polem indukuje napěí mezi dvěma elekrodami U v Bb v rychlos proudění, U měřené napěí mezi elekrodami b vzdálenos mezi elekrodami, B inenzia magneického pole. Měří sřední rychlos na průměru porubí; vyhodnocovací jednoka udává přímo průok. Na émže principu i přísroje pro měření bodových rychlosí proudění. Výhoda: není zmenšen průočný profil K4 HYAR 3

14 4 Ulrazvukové průokoměry měří se čas za kerý zvukový impuls projde napříč prouděním dráhu L ve směru po proudu a proi proudu K4 HYAR současně u c v, u c v porubí - sřední rychlos na průměru z rov. koninuiy korya - sřední rychlos v rovině paprsku z kalib. rov. L v, L v u L c L u c u L c L u c u L u L L u

15 Meody založené na použií sopovačů do proudu se koninuálně nebo jednorázově zavádí rozok vhodné snadno zjisielné chemické láky nebo radionuklidu sopovač nesmí bý adsorbován nebo se rozkláda musí bý snadno rozpusný nesmí bý oxický nemá bý v oku příomen již před měřením finanční náklady musí bý přijaelné základní požadavek: sopovač dokonale promíchán do celého proudu (urbulenní proudění) příčná a podélná disperse empirické vzorce pro délku počáečního úseku (značná!) dávkování z obou břehů nebo do více mís po celé šířce oku K4 HYAR 5

16 několik meod nejjednodušší směšovací meoda: přidává se (delší dobu) průok s rozoku láky koncenrace C s... měřený průok C 0... počáeční (pozaďová) koncenrace C... výsledná koncenrace sopovače po dokonalém promíchání C 0 C s s s C s Cs C C C 0 použielná obecně není řeba zná rychlos proudění ani var korya vhodná pro horské bysřinné oky, kde nelze použí meodu rychlosního pole K4 HYAR 6

17 Inegrací změřených bodových rychlosí (meoda rychlosního pole) měření průoků v oevřených koryech i v porubí základní meoda pro určení průoku v ocích sandardní meoda pro sanovení průoku při garančních měřeních vodních srojů pro ověření jiných průokoměrných zařízení (velké průoky nelze použí objemovou meodu, kalibrace in siu) založena na měření bodových rychlosí a vzahu s uds uis i i K4 HYAR 7

18 Určení bodových rychlosí plováky dnes jen v nouzi, za povodní a pod. měří povrchovou rychlos, jen oevřená korya přísroje založené na určení dynamického laku proudící vody: Pioova rubice, Prandlova rubice, kulová sonda - nejisoa měření prudce rose pro nízké rychlosi elekromagneická měřidla rychlosi na sejném principu jako indukční průokoměry, ale mezi elerodami je menší vzdálenos, možnos měření i v silně znečišěné vodě ulrazvuková měřidla rychlosi založena na Dopplerově principu (změna frekvence vyslané a přijaé ulrazvukové vlny), měření v jediném bodě (až 3 složky vekoru rychlosi) nebo měření rychlosního profilu hydromerická vrule doposud nejběžnější přisroj; pro měření v oevřených koryech, ev. i v porubí věších průměrů K4 HYAR 8

19 Hydromerická vrule různé velikosi, různé průměry a soupání propelerů možnos volby podle podmínek měření upevnění na yči (malé hloubky, max. ca m), s proudnicovým závažím na laně (věší hloubky), na pohyblivé nebo pevné konsrukci (v porubí, garanční měření vodních srojů) u = f(n), n... specifické oáčky K4 HYAR 9

20 Určení průoku z bodových rychlosí Tlaková porubí určí se plochy S i příslušné jednolivým změřeným rychlosem u i u i S i Oevřená korya měření v řadě svislic poče svislic dle šířky korya pro každou svislici její vzdálenos od pevného bodu (příp. břehu) saničení - b i a hloubka vody ve svislici h v každé svislici bodové rychlosi v jednom nebo několika bodech (obvykle ve sandardních hloubkách) sřední svislicová rychlos v s ; doba měření obvykle 40 0 s (flukuace proudění) měrný průok q udh h průok profilem i qdb K4 HYAR 0

21 Vyhodnocení průoků po povodních - zaznamenání úrovně hladiny při povodni nebo její rekonsrukce ze sop po hladině u objeku nebo na běžném úseku oku - zpěný dopoče průoku ze spádu hladin a odhadnuých odporech proi proudění K4 HYAR

22 Nejisoa měření chyby (odchylky měřené hodnoy od hodnoy správné/přesné) hrubé chybný odeče, chybná funkce měřidla..., dají se poměrně snadno zjisi a odsrani sysemaické nedodržení předepsaných rozměrů... působí sejným směrem, obížná idenifikace (kalibrace!) náhodné vlasní každému měření, působené věším počem různých (zpravidla neznámých) vlivů. Normální rozdělení pravděpodobnosi saisické meody celková chyba = sysemaické + náhodné chyby přesná velikos chyb časo není známa nejisoa měření (odhad možné chyby nebo jejího rozsahu) přesnos měření dána celkovou chybou/nejisoou rozlišielnos měření (rozlišení) poče planých/deseinných mís, se kerými dané měřidlo může maximálně pracova opakovaelnos měření schopnos měřidla poskynou sejný údaj při sejné hodnoě měřené veličiny rozsah měření nejnižší nejvyšší možná hodnoa měřené veličiny při dané nejisoě měření K4 HYAR