Simulace proudění v ultrazvukových průtokoměrech - úvodní studie



Podobné dokumenty
PROUDĚNÍ V SEPARÁTORU S CYLINDRICKOU GEOMETRIÍ

STÍRÁNÍ NEČISTOT, OLEJŮ A EMULZÍ Z KOVOVÝCH PÁSŮ VE VÁLCOVNÁCH ZA STUDENA

Les Království modelový výzkum šachtového přelivu prof. Ing. Vojtěch BROŽA, DrSc. Ing. Martin KRÁLÍK, Ph.D. ČVUT v Praze Fakulta stavební

Studie proveditelnosti Protipovod ových opat ení na ece Úhlav v P ešticích

Repeatery pro systém GSM

STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA STROJÍRENSKÁ a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Kolín IV, Heverova 191. Obor M/01 STROJÍRENSTVÍ

ZATÍŽENÍ SNĚHEM A VĚTREM

Možnosti integrace lineárního dávkovače do zařízení infuzní pumpy 2P SEV Litovel

Popularizace výsledků dopravního výzkumu reg. č.: CZ.1.07/2.3.00/ Zlepšení parametrů traťového úseku Golčův Jeníkov - Třebešice

7. Stropní chlazení, Sálavé panely a pasy - 1. část

Dřevoobráběcí stroje. Quality Guide. Vyhodnocení nástrojů

REGULAČNÍ VENTILY S PROFILOVANÝM PŘECHODEM A ROVNÝM DNEM KUŽELKY Control Valve with Shaped Cone and Flat Bottom

Simulátor EZS. Popis zapojení

Z ÁPIS č. 6/ ZASE D ÁN Í F IN ANČ N Í HO VÝBORU ZMČ BRNO-LÍŠE Ň ze dne

Řízení kalibrací provozních měřicích přístrojů

STANOVENÍ TEORETICKÉ HODNOTY NEJISTOTY MĚŘENÍ PLNÉHO TENZOMETRICKÉHO WHEATSTONEOVA MŮSTKU

TESTOVÁNÍ SOFTWARU PAM STAMP MODELOVÝMI ZKOUŠKAMI

Návrh Bánkiho turbíny

Model dvanáctipulzního usměrňovače

Zajištění stavební jámy. akreditovaný program N/05 PŘÍPRAVA A REALIZACE STAVEB

Materiál pro mimořádné zasedání Zastupitelstva města Karviné konané dne

FIBROPLAN Classic. NC otočné stoly v modulární konstrukci

NÁVRHOVÝ PROGRAM VÝMĚNÍKŮ TEPLA FIRMY SECESPOL CAIRO PŘÍRUČKA UŽIVATELE

JAKÝ SYSTÉM ZDRAVOTNÍ PÉČE BY MĚL CHTÍT AMBULANTNÍ SPECIALISTA? Roman Flašar Jihlava, 30. března 2006

1. Popis Provedení... 3 III. TECHNICKÉ ÚDAJE Základní parametry... 6 IV. ÚDAJE PRO OBJEDNÁVKU 6 V. MATERIÁL, POVRCHOVÁ ÚPRAVA 6

Problematika měření velkých průměrů v pracovních podmínkách

Požární odolnost ocelobetonových stropů

HASIČSKÝ ZÁCHRANNÝ SBOR OLOMOUCKÉHO KRAJE Schweitzerova 91, Olomouc

Česká zemědělská univerzita v Praze Fakulta provozně ekonomická. Obor veřejná správa a regionální rozvoj. Diplomová práce

KINEMATICKÉ ELEMENTY K 5 PLASTOVÉ. doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. a kolektiv. verze - 1.0

STROJNĚ-TECHNOLOGICKÝ NÁVRH HYDRAULICKÉHO OKRUHU LABORATOŘE VYŠŠÍ ODBORNÉ ŠKOLY STAVEBNÍ VE VYSOKÉM MÝTĚ

ZKOUŠKA SPOLUSPALOVÁNÍ BIOPALIVA A ČERNÉHO UHLÍ

PARAMETRICKÁ STUDIE PRŮBĚHU RYCHLOSTI PROUDĚNÍ V PULTOVÉ DVOUPLÁŠŤOVÉ PROVĚTRÁVANÉ STŘEŠE NA VSTUPNÍ RYCHLOSTI

Věc: Rozpočtové určení daní obcí od roku 2013

Vyřizuje: Tel.: Fax: Datum: Oznámení o návrhu stanovení místní úpravy provozu na místní komunikaci a silnici

Metodická pravidla způsobilosti výdajů aktuální znění. Rozpočet části projektu realizované českým partnerem. Struktura rozpočtů projektu

TECHNICKÉ KRESLENÍ A CAD

Výsledky testování školy. Druhá celoplošná generální zkouška ověřování výsledků žáků na úrovni 5. a 9. ročníků základní školy. Školní rok 2012/2013

Koncepce hospodaření s bytovým fondem Městské části Praha 5

22 Cdo 2694/2015 ze dne Výběr NS 4840/2015

Zasedání Zastupitelstva Ústeckého kraje

VP223R, VP224R. [Periférie] TLAKOVĚ NEZÁVISLÉ REGULAČNÍ VENTILY

Středoškolská odborná činnost 2007/2008 Obor 9. Strojírenství, hutnictví, doprava a průmyslový design CNC frézka Prostějov, 2009

1 BUBNOVÁ BRZDA. Bubnové brzdy používané u vozidel jsou třecí s vnitřními brzdovými čelistmi.

Platné znění částí měněných zákonů s vyznačením navrhovaných změn

Zpráva nezávislého. Obec Soběkury

UNIFORM. Podlahové lišty. Technická příručka. Systém podlahových lišt / ztraceného bednění. Verze: CZ 12/2015

kotvení stožárů veřejného osvětlení na mostech Obsah

Rozdělovače topných okruhů pro podlahové vytápění FHF

Město Mariánské Lázně

Smlouva o zajištění splnění povinností výrobce

Česká školní inspekce Středočeský inspektorát INSPEKČNÍ ZPRÁVA. Č. j. ČŠIS-2460/10-S. Želivského 805, Kolín IV

Snímače tlaku a síly. Snímače síly

INDUKČNÍ ODSAVAČE PAR

Vyhrubování a vystružování válcových otvorů

MS měření teploty 1. METODY MĚŘENÍ TEPLOTY: Nepřímá Přímá - Termoelektrické snímače - Odporové kovové snímače - Odporové polovodičové

Mapy obsahu 137 Cs ve smrkových kůrách lesního ekosystému České republiky v roce 2010

VÝZVA K PODÁNÍ NABÍDKY JIŘICE DODÁVKA KOVOVÝCH KONSTRUKCÍ POSTELÍ

KLADENÍ VEDENÍ. VŠB TU Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra obecné elektrotechniky

P R A V I D L A RADY MĚSTA LOUN P 11/2014. Vnitřní platový předpis pro ředitele příspěvkových organizací zřizovaných městem Louny

METODICKÉ LISTY. výstup projektu Vzdělávací středisko pro další vzdělávání pedagogických pracovníků v Sokolově

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

AMC/IEM HLAVA B PŘÍKLAD OZNAČENÍ PŘÍMOČARÉHO POHYBU K OTEVÍRÁNÍ

III/ 2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Česká školní inspekce Zlínský inspektorát PROTOKOL. Čj. ČŠIZ-190/13-Z

Analýza postavení cestovního ruchu v naší ekonomice

KLÍČE KE KVALITĚ (METODIKA II)

Sada 1 Klempířská technologie

KOREKCE MAXIMÁLNÍ DOSAHOVANÉ RYCHLOSTI NÁKLADNÍCH VLAKŮ CORRECTIONS OF MAXIMUM SPEED ACHIEVED BY FREIGHT TRAINS

PŘÍLOHA č. 5 c. Smlouva o poskytnutí účelového příspěvku na zpracování projektové dokumentace a realizaci kanalizační přípojky

Základní pojmy Při kontrole výrobků se zjišťuje, zda odpovídají požadavkům rozměry, tvary a jakost ploch při použití předepsaných měřicích postupů.

PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKY OTOPNÝCH TĚLES

Trysky s rozst ikem dutého kužele

TECHNICKÉ A PROVOZNÍ STANDARDY IDSOK

Analýza větrné elektrárny s vertikální osou otáčení

Nátrubek CH - III - návod na používání

Název stavby: Víceúčelové hřiště Troubelice. Stupeň dokumentace: Investiční studie. Obsah dokumentace: A-Průvodní zpráva B-Výkresová část

ÚČEL zmírnit rázy a otřesy karosérie od nerovnosti vozovky, zmenšit namáhání rámu (zejména krutem), udržet všechna kola ve stálém styku s vozovkou.

Oblastní stavební bytové družstvo, Jeronýmova 425/15, Děčín IV

TELEKOMUNIKAČNÍ VYSÍLAČ S ROZHLEDNOU A METEOROLOGICKOU STANICÍ

HPM LAZ 01 ( , Mareš Tomáš, Ing.) Most LAZ 01. Most přes potok Litavka HLAVNÍ PROHLÍDKA. Strana 1 z 12

VA 40/./../K. Doplněk montážního a provozního předpisu. Plováčkové průtokoměry se skleněnými měřicími kónusy. Kategorie II 2 G

Pilování. Pojmy a teorie

Strojní součásti, konstrukční prvky a spoje

tvarovka průběžná celá tvarovka ukončující celá tvarovka ukončující poloviční tvarovka sloupková měrná jednotka ks/m 2 paleta / ks 1 kus / kg

Odůvodnění veřejné zakázky dle 156 zákona. Odůvodnění účelnosti veřejné zakázky dle 156 odst. 1 písm. a) zákona; 2 Vyhlášky 232/2012 Sb.

MĚSTSKÁ ČÁST PRAHA 3 Rada městské části U S N E S E N Í

Otázky pro ústní maturitní zkoušku

SM 23 STROJNÍ VÝROBA JEDNODUCHÝCH SOUČÁSTÍ

MATEMATIKA A BYZNYS. Finanční řízení firmy. Příjmení: Rajská Jméno: Ivana

Škola VOŠ a SPŠE Plzeň, IČO , REDIZO

TECHNOLOGIE TVÁŘENÍ KOVŮ

VLIV KVALITY OBYTNÉHO PROSTŘEDÍ SÍDLA NA CENU NEMOVITOSTÍ PRO BYDLENÍ

Návrh rotujícího usměrňovače pro synchronní bezkroužkové generátory výkonů v jednotkách MVA část 1

Provedení a objednací čísla

Úprava výfukového systému. Omezení úprav výfukového systému. Obecná omezení pro všechny typy motorů a výfukových systémů DŮLEŽITÉ!

Dokončovací práce na soustruhu

1. Informace o předmětu zakázky Stručný textový popis zakázky, technická specifikace

Grantové řízení Nadace OKD pro rok 2011 v nadačním programu Pro budoucnost

PÁRTY STANY, MONTOVANÉ HALY

Transkript:

Simulace proudění v ultrazvukových průtokoměrech - úvodní studie Autoři: Ing. Tomáš SYKA, NTC, Západočeská univerzita v Plzni, e-mail: tsyka@ntc.zcu.cz Ing. Richard MATAS, Ph.D., NTC, Západočeská univerzita v Plzni, e-mail: mata@ntc.zcu.cz Anotace: Příspěvek pojednává o simulaci proudění vody v ultrazvukových průtokoměrech bez vlivu a s vlivem hydraulických poruch. Shrnuje základní principy UZ průtokoměrů, vliv poruch na přesnost měření různými typy průtokoměrů. Dále je uvedeno hledání vhodné konfigurace modelu, sledován vliv různých parametrů a především vliv hydraulických poruch před průtokoměrem na proudové pole v průtokoměru. Annotation: This article deals simulation of water flow in ultrasonic flow meters with and without influence of hydraulic perturbations. It summarises basic principles of the ultrasonic flow meters, influence of the perturbations on measuring accuracy with using different types of flow meters. Also is noticed finding of a proper model configuration, influence of different parameters and mainly influence of hydraulic perturbations in front of the flow meter on flow field in the flow meter. Úvod V tomto příspěvku jsou řešeny ultrazvukové průtokoměry fungující na principu měření doby průchodu signálu médiem, kdy jeden z vysílačů vysílá ultrazvukový signál po směru proudění a druhý proti směru proudění tekutiny. Z rozdílu mezi dobami průchodu obou signálů k protilehlé jednotce se vyhodnocuje rychlost proudící tekutiny. Pro přesné měření ultrazvukovými průtokoměry je důležité dosáhnout příznivého proudového pole mezi měřícími čidly (sondami). Mělo by být co nejrovnoměrnější a ustálené pro co nejširší rozsah průtoků média. Nejvlivnějším faktorem při návrhu průtokoměrů je právě velikost měřicích sond, protože se musí do průtokoměru zabudovat tak, aby co nejméně narušovaly proudové pole, zároveň byl zaručen neustálý kontakt s médiem, ale také se musí přihlédnout na způsob výroby průtokoměru a tím prakticky danou jeho cenu. Průtokoměry se dle normy kalibrují na vodní trati s použitím deskových a rotačních hydraulických poruch v dané vzdálenosti před průtokoměry. Tyto poruchy generují v proudu vody vírové struktury a ty ve výsledku ovlivňují přesnost měření. 1

Geometrie a numerické výpočty Geometrický model se skládá ze tří hlavních částí. Jedná se o předřazenou uklidňující délku, hydraulickou poruchu a samotný průtokoměr. Ty jsou doplněny vstupní a výstupní trubkou jako náhrada za část kalibrační trati. Pro účely numerických výpočtů byly vytvořeny varianty jednopaprskových odlévaných průtokoměrů pro potrubí o světlosti DN 80. Délky jednotlivých komponentů jsou závislé na použité variantě průtokoměru. Jednotlivé části jsou popsány na obrázcích 1 a. Kapsy s měřicími sondami Průtokoměr Uklidňující délka Rotační porucha Obrázek 1: Geometrický model průtokoměru s rotační poruchou Obrázek : Detail umístění sondy a usměrňovače v průtokoměru

Geometrické modely a výpočetní sítě byly vytvořeny v programech ANSA, TGrid a GAMBIT. Výpočetní sítě jsou poměrně rozsáhlé a obsahují kolem 9 milionů buněk. Jsou tvořeny většinou čtyřstěny a tam, kde je to možné, jsou použity na stěnách pětistěny pro lepší popis chování mezní vrstvy. Modely jsou tvořeny modulárně, aby bylo možno snadno změnit typ poruchy (viz obrázek 3) nebo zahrnout či zanedbat vliv usměrňovače. Obrázek 3: Desková a rotační hydraulická porucha CFD model průtokoměru byl doplněn o okrajové podmínky hmotnostního průtoku a tlakového výstupu. Vzhledem k charakteru proudění a nestálým jevům vznikajícím v prostoru průtokoměru bylo nutné úlohu řešit nestacionárně, což prodlužuje dobu výpočtu. Jako modely turbulence byly použity RNG K-ε a později LES za účelem porovnání výsledků. Jak se později ukázalo, je lepší použít model turbulence LES, protože RNG K-ε se projevuje velkými tlumícími schopnosti nestacionárních jevů. Výsledky měření a výpočtů Průtokoměry DN 80 jsou kalibrovány pro poměrně velký rozsah průtoků média - od 1,3 až do 77 m 3 /hod. Z měření a následně i z výpočtů se ukázalo, že největší vliv na proudové pole má rotační hydraulická porucha. Desková porucha má tak malý vliv na proudění, že se vzniklé vírové struktury stihnou rozpadnout před průtokoměrem, nebo se usměrní díky křížovým usměrňovačům ve vstupním otvoru průtokoměru. Dalším problémem je přechodová oblast turbulence, která se projevuje při nízkých průtocích. Ukázka kalibračního měření je v grafu č.1. Měření 1,,3 jsou bez vlivu poruchy a 4,5,6 s rotační poruchou. Při výpočtu se vyhodnocoval průběh rychlosti po dráze ultrazvukového paprsku a její RMS. Jak je vidět v grafech a 3, průběh není konstantní, protože dochází k velkým odchylkám v oblasti kapes v blízkosti měřicích sond. Velký vliv na průběh rychlosti má zejména vysunutí sond do proudu tekutiny a také nevhodný tvar kapes. 3

6 Chyby měření průtoku Chyba měření E [%] 4 0 - -4 měření 1 měření měření 3 měření 4 měření 5 měření 6 mezní chyba [%] -6 0 10 0 30 40 50 60 70 80 Objemový průtok Q [m3/h] Graf 1: Kalibrační měření ultrazvukového průtokoměru 9 8 7 Rychlost [m/s] 6 5 4 3 1 0-1 - 0 0.05 0.05 0.075 0.1 0.15 0.15 0.175 0. 0.5 Porucha 0 Porucha R Délka paprsku [m].5 1.75 RMS [m/s] 1.5 1.5 1 0.75 Porucha 0 Porucha R 0.5 0.5 0 0 0.05 0.05 0.075 0.1 0.15 0.15 0.175 0. 0.5 Délka paprsku [m] Graf a 3: Průběh rychlosti a RMS po dráze ultrazvukového paprsku - průtok 77 m 3 /hod 4

Obrázek 4: RMS rychlosti (m/s) ve vodorovném řezu průtokoměrem - průtok 77 m 3 /hod, bez hydraulické poruchy Obrázek 5: RMS rychlosti (m/s) ve vodorovném řezu průtokoměrem - průtok 77 m 3 /hod, rotační hydraulická porucha 5

Závěr Úvodní studie zabývající se numerickým řešením proudění v ultrazvukových průtokoměrech ukázala možnosti CFD systému pro řešení tohoto typu průtokoměru, dále posloužila pro podrobné seznámení s problematikou a pro nalezení vhodného nastavení modelu a zjištění základních informací o proudovém poli v tělesech průtokoměrů. Po porovnání průměrných hodnot velikosti rychlostí po délce paprsku z numerických simulací variant bez hydraulické poruchy a s poruchou, získáme pro režim 77 m 3 /hod vzájemnou relativní odchylku přibližně 4%. Jak se ale ukázalo, největší vliv na přesnost průtokoměru má způsob umístění ultrazvukových sond. Velkou částí totiž zasahují do vnitřního průřezu průtokoměru a tvoří se za nimi víry. Na popsané práce navazují v současné době další měření a numerické simulace průtokoměrů pro konfrontaci CFD výsledků s měřením a dále konstrukční návrhy a proudové simulace upravených těles pro výrobu průtokoměrů s lepšími vlastnostmi a vyšší přesností. Poděkování Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu programu TIP, projektu FR TI1/16. LITERATURA: [1] Andrea Frattolillo, Nicola Massarotti, Flow conditioners efficiency a comparison based on numerical approach, Flow Measurement and Instrumentation, Volume 13, Issues 1-, March-April 00, Pages 1-11 [] Rick Rans, Blaine Sawchuk, Marvin Weiss, Flow Conditioning and Effects on Accuracy for Fluid Flow Measurement, 7th South East Asia Hydrocarbon Flow Measurement Workshop, 5th 7th March 008. [3] Neil Colin Temperley, Optimisation of an Ultrasonic Flow Meter Based on Experimental and Numerical Investigation of Flow and Ultrasound Propagation, Ph.D. Thesis, University of New South Wales, 00 [4] Peter D. Lysak, David M. Jenkins, Dean E. Capone, William L. Brown, Analytical model of an ultrasonic cross-correlation flow meter, part : Application, Flow Measurement and Instrumentation, Volume 19, Issue 1, March 008, Pages 41-46 [5] Matas, R.; Kůs, M..: Rešerše prací o modelování proudění v ultrazvukových průtokoměrech a podobných zařízeních - zjištění stavu simulací a nastavení modelů ve světě. Technická zpráva ZČU NTC 0-06/09. [6] Matas, R.; Syka, T..: Simulace proudového pole v ultrazvukových průtokoměrech - příprava modelů, úvodní studie. Technická zpráva ZČU NTC 0-10/09. 6