cáccông thức quan hệ tốc độ dòng chảy và áp suấtlà một trong những ý tưởng bị lạm dụng nhiều nhất trong thiết kế hệ thống đường ống. Giả định chung rất đơn giản: áp lực nhiều hơn có nghĩa là lưu lượng nhiều hơn. Trên băng ghế có cảm giác đúng, nhưng trên dòng DN100 thực sự có van tiết lưu, chạy dài hoặc chất lỏng nhớt, giả định đó lặng lẽ bị phá vỡ. Áp lực là động lực; tốc độ dòng chảy là khối lượng thực sự di chuyển trên một đơn vị thời gian. Liên kết giữa chúng phụ thuộc vào đường kính ống, áp suấtsự khác biệttrên một mặt cắt, tính chất chất lỏng, phụ kiện, độ cao và đường cong của máy bơm.
Hướng dẫn này cung cấp cho bạn các công thức thực sự áp dụng, thời điểm sử dụng từng công thức, ví dụ hoạt động với các con số và thực tiễn hiện trường giúp ước tính luồng luôn trung thực. Phiên bản ngắn gọn: chỉ một lần đọc áp suất hầu như không bao giờ mang lại cho bạn dòng chảy. Một áp lựclàm rơitrên một phần đã biết, với dữ liệu về đường ống và chất lỏng đã biết, đôi khi có.
Mối quan hệ giữa tốc độ dòng chảy và áp suất là gì?
Tốc độ dòng chảy và áp suất có thể là mối quan hệ trực tiếp hoặc nghịch đảo, tùy thuộc vào nội dung bạn đang đo và ở đâu.
Trong hệ thống bơm, việc tăng chênh lệch áp suất trên đường ống thường làm tăng tốc độ dòng chảy, miễn là đường ống và chất lỏng không đổi. Đó là toàn bộ lý do tồn tại của máy bơm: để tạo ra sự khác biệt đẩy nước, dầu và hóa chất qua một mạch. Nhưng mối quan hệ không phải là tuyến tính. Đối với hầu hết dòng chảy rối trong đường ống và đối với mọi thiết bị dựa trên hạn chế-, lưu lượng tăng theocăn bậc haigiảm áp suất, không theo kịp với nó. Nhân đôi chênh lệch không làm tăng gấp đôi lưu lượng.
Bên trong một phần bị thu hẹp, hình ảnh bị lật. Khi chất lỏng tăng tốc qua một điểm thắt, vận tốc của nó tăng lên vàtĩnháp suất giảm. Đó là hành vi được mô tả bởi nguyên lý Bernoulli, và đó là lý do tại sao vòi áp suất được đặt ở điểm hạn chế có chỉ số thấp hơn chứ không phải cao hơn.
Cách nói rõ ràng hơn: áp lựcsự khác biệtđiều khiển dòng chảy, nhưng áp suất tĩnh cục bộ có thể giảm khi vận tốc tăng. Một giá trị áp suất tại một thời điểm hầu như không cho bạn biết gì về dòng chảy.
Sự khác biệt này giúp ngăn ngừa một lỗi phổ biến nhất trong trường: cố gắng sao lưu-tính toán luồng từ một thước đo. Trong thực tế, bạn cần chênh lệch áp suất, đường kính trong, chiều dài, mật độ chất lỏng và độ nhớt cũng như các khớp nối ở giữa.
Tốc độ dòng chảy, vận tốc và áp suất: Các định nghĩa chính
Ba thuật ngữ bị mờ cùng nhau, vì vậy cần tách chúng ra trước khi bất kỳ công thức nào xuất hiện.
- Tốc độ dòng chảylà thể tích đi qua một điểm trên một đơn vị thời gian, tính bằng L/phút, m³/h hoặc GPM. Đây thường là những gì bạn phải thanh toán và những gì một quy trình thực sự cần.
- vận tốclà tốc độ của chất lỏng bên trong ống, tính bằng m/s hoặc ft/s. Một đường ống rộng mang tốc độ dòng chảy cao ở tốc độ thấp; một đường ống hẹp cần vận tốc cao hơn nhiều cho cùng một tốc độ dòng chảy.
- Áp lựclà lực trên một đơn vị diện tích, tính bằng bar, psi, kPa hoặc Pa.vi saiáp suất (độ chênh lệch giữa hai điểm) là đại lượng liên quan đến dòng chảy; một lần đọc tĩnh thì không.
Tốc độ dòng chảy và vận tốc được liên kết nhưng không thể thay thế cho nhau và liên kết đó là công thức đầu tiên bên dưới.
Công thức tốc độ dòng chảy và áp suất lõi
Không có một phương trình nào phù hợp với mọi hệ thống. Điều đúng phụ thuộc vào chế độ dòng chảy và những giả định mà bạn có thể đưa ra một cách an toàn. Dưới đây là sáu mối quan hệ đáng biết.
1. Phương trình liên tục: Q=A × v
Mối quan hệ cơ bản nhất làQ = A × v, trong đó Q là tốc độ dòng thể tích, A là diện tích mặt cắt ngang bên trong và v là vận tốc trung bình. Nó không trực tiếp tạo ra dòng chảy từ áp suất, nhưng nó giải thích tại sao đường kính chi phối mọi thứ: diện tích tỷ lệ với bình phương đường kính, do đó một sự thay đổi lỗ khoan nhỏ sẽ làm di chuyển rất nhiều dòng chảy. Đây cũng là phương trình đằng sau mọi máy đo dựa trên vận tốc-, bao gồm cả kẹp-trên các đơn vị siêu âm đo v và nhân với A đã biết.
2. Phương trình Bernoulli
Phương trình Bernoulli là sự cân bằng năng lượng theo một đường thẳng:hằng số p + ½ρv² + ρgz =. Nó kết nối áp suất tĩnh, vận tốc và độ cao, và đó là lý do khiến áp suất tĩnh giảm khi vận tốc tăng qua một vòi phun, lỗ thông hơi hoặc thay đổi đường kính. Việc đánh bắt được giả định là - dòng chảy ổn định, không thể nén, không ma sát. Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA nêu rõ rằng dạng chuẩn làbị giới hạn ở dòng chảy ổn định, không bị nén, không nhớt, có nghĩa là nó rất tốt để hiểu các hạn chế và mét nhưng bản thân nó không thể giải thích được ma sát trong một đường dài-trong thế giới thực.
3. Phương trình Darcy–Weisbach
Đối với hầu hết các đường ống công nghiệp, ma sát chi phối mối quan hệ giảm áp suất và tốc độ dòng chảy. Phương trình Darcy–Weisbach ước tính sự mất mát đó:
Δp = f × (L / D) × (ρv² / 2)
Nó tính đến chiều dài ống, đường kính, vận tốc, mật độ và hệ số ma sát f mà bản thân nó phụ thuộc vào chế độ dòng chảy và độ nhám của ống. Đây là công cụ đặc trưng cho "tôi sẽ mất bao nhiêu áp suất trong lần chạy này" và nó có thể được đảo ngược để ước tính lưu lượng từ mức giảm đo được khi biết dữ liệu về đường ống và chất lỏng. Như Hộp công cụ kỹ thuật lưu ý, phương trình làcó giá trị đối với dòng chảy được phát triển đầy đủ, ổn định, không bị nénvà hệ số ma sát thường được lấy từ phương trình Colebrook hoặc biểu đồ Moody. Trong thực tế, nó được giải một cách lặp đi lặp lại, vì f phụ thuộc vào vận tốc và vận tốc phụ thuộc vào dòng chảy.
4. Định luật Hagen–Poiseuille
Đối với dòng chảy tầng của chất lỏng nhớt trong các ống và ống nhỏ, hãy sử dụng định luật Poiseuille:
Q = (π × ΔP × r4) / (8 × μ × L)
Thuật ngữ tiêu đề là r4. Quy mô dòng chảy vớiquyền lực thứ tưbán kính, do đó đường kính trong có tác dụng quá lớn - điểm tương tự được thực hiện trong cách xử lý OpenStax củađộ nhớt và dòng chảy tầng theo định luật Poiseuille, trong đó bán kính giảm 5% sẽ cắt giảm lưu lượng khoảng 19%. Lưu ý giới hạn rõ ràng: điều này chỉ áp dụng cho dòng chảy tầng, không áp dụng cho chế độ hỗn loạn mà hầu hết các đường nước hoạt động.
5. Bình phương-Định luật nghiệm vi phân-Dòng áp suất
Đây là mối quan hệ trả lời trực tiếp nhất "tôi có thể nhận được dòng chảy từ áp suất không" và nó là cơ sở của phép đo lỗ, venturi và Pitot:
Q = Cd × A × √(2ΔP / ρ)
Bài học thực tế làQ ∝ √ΔP: qua một hạn chế cố định, luồng tỷ lệ với căn bậc hai của vi phân, chứ không phải với chính vi phân. Hộp công cụ kỹ thuật xác nhận rằng trong mọi thiết bị đo lường dựa trên Bernoulli-,tốc độ dòng chảy thay đổi theo căn bậc hai của chênh lệch áp suất, với kích thước hình học theo tiêu chuẩn như ISO 5167 và ASME MFC. Nó cũng nhắc nhở bạn rằng hệ số xả thực tế làm giảm con số lý thuyết từ vài đến vài chục phần trăm.
6. Số Reynolds: Dòng chảy tầng và dòng chảy hỗn loạn
Trước khi lựa chọn giữa Poiseuille và Darcy–Weisbach, bạn cần biết chế độ này. Số Reynolds quyết định điều đó:
Re=(ρ × v × D) / μ
Theo quy tắc làm việc, dòng chảy tầng ở dưới khoảng Re 2.000 và chảy rối trên khoảng 4.000, với dải chuyển tiếp ở giữa - phân loại được sử dụng trong hướng dẫn Hộp công cụ kỹ thuật đểdòng chảy tầng, chuyển tiếp và hỗn loạn. Nước sạch trong đường ống công nghiệp thông thường hầu như luôn ở trạng thái hỗn loạn; dầu nặng trong một ống nhỏ có thể ở dạng tầng. Chọn công thức phù hợp với chế độ chứ không phải ngược lại.
Mối quan hệ thứ bảy đáng được đề cập đến về kích thước van là hệ số dòng chảy:Q = Cv× √(ΔP / SG), ở đâu Cv(hoặc anh em họ số liệu K của nóv) ghi lại mức độ van đi qua đối với mức giảm áp suất và trọng lượng riêng nhất định. Hành vi căn bậc hai-giống nhau, thành phần khác nhau.
Bạn nên sử dụng công thức nào?
Sử dụng điều này như một bộ chọn nhanh. Quyết định thường phụ thuộc vào chế độ dòng chảy, liệu ma sát có quan trọng hay không và liệu bạn đang định cỡ một mét hay một đường ống.
| Công thức | Tốt nhất cho | Đầu vào chính | Hạn chế chính |
|---|---|---|---|
| Q = A × v | Chuyển đổi vận tốc đo được thành dòng chảy; máy đo vận tốc | Diện tích ống, vận tốc | Cần vận tốc; không cung cấp thông tin áp lực |
| phương trình Bernoulli | Hiểu các hạn chế, vòi phun, lỗ thông hơi, thay đổi đường kính | Áp suất, vận tốc, độ cao | Bỏ qua ma sát; giả định luồng-lý tưởng |
| Darcy–Weisbach | Tổn hao ma sát trong ống công nghiệp dài; ước tính dòng chảy từ một giọt | Chiều dài, đường kính, vận tốc, mật độ, hệ số ma sát | Lặp đi lặp lại; cần độ nhám và yếu tố Moody/Colebrook |
| Hagen–Poiseuille | Dòng chảy tầng, nhớt trong các ống và ống nhỏ | Chênh lệch áp suất, bán kính, độ nhớt, chiều dài | Chỉ có lớp mỏng; sai đối với dòng nước hỗn loạn |
| Vuông-gốc / DP (lỗ, lỗ thông hơi) | Đo lưu lượng trực tiếp từ vi sai qua điểm hạn chế | Chênh lệch áp suất, diện tích, mật độ, hệ số xả | Hạn chế đầu hôm; cần một phần tử chính được hiệu chỉnh |
| Van Cv / Kv | Định cỡ van và dự đoán dòng chảy qua chúng | Hệ số dòng chảy, độ giảm áp suất, trọng lượng riêng | Thành phần-cụ thể; không phải là mô hình chạy-ống |
Nếu bạn không chắc mình đang ở chế độ nào, hãy tính Re trước. Nhiều tiêu chuẩnCác phương pháp tính toán lưu lượng đường ốnggiả sử các điều kiện hỗn loạn, do đó việc áp dụng công thức tầng cho đường hỗn loạn là nguồn sai số phổ biến.
Làm thế nào để ước tính tốc độ dòng chảy khi giảm áp suất?
Khi bạn muốn ước tính-dựa trên áp lực, hãy thực hiện từng phần theo thứ tự thay vì lấy một con số duy nhất.
- Bước 1 - Đo áp suất ngược dòngtại một điểm đã biết với một đường ống đầy đủ.
- Bước 2 - Đo áp suất hạ lưutrên cùng một phần được xác định.
- Bước 3 - Tính chênh lệch (ΔP = pngược dòng − pxuôi dòng). Đây, không phải là số đọc tuyệt đối, là những gì liên quan đến dòng chảy.
- Bước 4 - Xác nhận đường kính và chiều dài bên trong.Sử dụng lỗ khoan thật chứ không phải kích thước danh nghĩa vì tỷ lệ và lớp lót sẽ thay đổi nó.
- Bước 5 - Kiểm tra đặc tính chất lỏngở nhiệt độ vận hành: mật độ và độ nhớt đều thay đổi theo nhiệt độ.
- Bước 6 - Tính ma sát và các phụ kiện.Thêm chiều dài tương đương cho van, khuỷu và bộ giảm tốc; bỏ qua chúng nói quá dòng chảy.
- Bước 7 - Áp dụng chế độ-phương trình thích hợp(Darcy–Weisbach cho đường ống hỗn loạn, Poiseuille cho ống nhiều tầng, dạng căn bậc hai-cho giới hạn đã hiệu chỉnh) hoặc một máy tính đã được hiệu chỉnh.
Lưu ý kỹ thuật:Một ước tính chỉ tốt như các điểm đo lường. Lấy các vòi áp lực nơi dòng chảy được ổn định - lý tưởng nhất là có một vài đường kính ống thẳng trước vòi - và xác nhận rằng đường ống đã đầy. Kỷ luật tương tự áp dụng cho đồng hồ đo lưu lượng: lấy đủống thẳng thượng nguồn và hạ lưu is one of the most overlooked install requirements.
Ví dụ đã thực hiện: Từ vận tốc và giảm áp suất đến tốc độ dòng chảy
Hai con số nhanh chóng làm cho hành vi trở nên cụ thể.
Vận tốc dòng chảy trên đường DN100.
Đường kính trong D=0.1 m nên diện tích A=(π / 4) × D²=0.7854 × 0.01=0.00785 m². Với vận tốc đo được v=2.0 m/s, tốc độ dòng chảy Q=A × v=0.00785 × 2.0=0.0157 m³/s, tức là khoảng56.5 m³/h(khoảng 942 L/phút). Lưu ý rằng áp suất chưa bao giờ được đưa vào phép tính này - phép đo vận tốc cộng với lỗ khoan đã biết là đủ.
Giảm áp suất để chảy qua một hạn chế cố định.
Vì Q ∝ √ΔP nên mối quan hệ không còn trực quan nữa. Nếu sự khác biệt trên một lỗđôi, lưu lượng chỉ tăng √2 ≈ 1,41, tăng khoảng 41% - chứ không phải 100%. Để thực sự tăng gấp đôi luồng, bạn sẽ cần chênh lệch khoảng bốn lần, vì 2²=4. Đây chính xác là lý do tại sao tín hiệu vi phân thô phải áp dụng hàm căn bậc hai-trước khi đọc dưới dạng luồng và tại sao các lỗi DP nhỏ ở luồng thấp lại chuyển thành lỗi luồng lớn. Đó là loại chi tiết giải thích tại sao hai ống có thể có cùng số đọc 3 vạch nhưng lại chuyển động với khối lượng rất khác nhau.
Đối với ống nhiều tầng thì r4thuật ngữ trong định luật Poiseuille cũng gây ấn tượng không kém: thu nhỏ bán kính bên trong đi 10% (tỷ lệ 0,9) và dòng chảy giảm xuống 0,94≈ 0.66 - mất 34% do thay đổi khó thấy. Những điều kiện này và cách đường ống tự định hình kết quả được đề cập rõ ràng trong các cuộc thảo luận vềđiều kiện cần thiết để đo chất lỏng chính xác.
Bạn có thể tính tốc độ dòng chảy chỉ từ áp suất không?
Thông thường, không. Bạn không thể tính tốc độ dòng chảy từ một lần đọc áp suất duy nhất, bởi vì con số đó không chứa thông tin về lượng năng lượng bị mất giữa hai điểm. Những gì bạn cần là một bộ vi sai cộng với bối cảnh đường ống và chất lỏng.
Dữ liệu bắt buộc điển hình bao gồm áp suất ngược dòng và hạ lưu, đường kính trong, chiều dài, loại chất lỏng, mật độ, độ nhớt, độ nhám của đường ống và các phụ kiện, van, chỗ uốn cong và bộ giảm tốc trên đường dẫn. Nếu một dòng hiển thị 3 vạch ở một vòi, điều đó tương thích với hầu hết mọi tốc độ dòng chảy: một ống rộng ngắn và một ống dài hẹp có thể đọc giống hệt nhau tại một điểm trong khi truyền các khối lượng cực kỳ khác nhau. Câu hỏi hay hơn luôn là "mức giảm áp suất trên phần được xác định này là bao nhiêu và điều kiện đường ống và chất lỏng của nó là gì." Việc định khung đó làm cho ước tính-dựa trên áp suất trở nên thực tế và trong dịch vụ quan trọng, ước tính này vẫn được xác minh dựa trên đồng hồ đo thực tế.
Điều gì thay đổi mối quan hệ áp suất-dòng chảy?
Một số-điều kiện thực tế trong thế giới thực định hình lại cách hoạt động của áp suất và dòng chảy, và hầu hết áp suất-chỉ gây ngạc nhiên đều bắt nguồn từ một trong số chúng.
Đường kính ống
Đường kính là đòn bẩy mạnh nhất trong hệ thống. Lỗ khoan lớn hơn mang nhiều dòng chảy hơn ở vận tốc thấp hơn và tổn thất ma sát thấp hơn; lỗ khoan nhỏ hơn tạo ra vận tốc cao hơn và tổn thất lớn hơn. Bởi vì tỉ lệ diện tích với đường kính bình phương và ma sát tăng theo bình phương vận tốc, nên sự thay đổi đường kính khiêm tốn sẽ có tác động quá lớn đến công suất. Đây cũng là lý do tại sao độ chính xác của phép đo rất nhạy cảm với lỗ khoan thực sự - một chủ đề được khám phá chi tiết về cáchcác thông số đường ống ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.
Chiều dài ống
Chạy lâu hơn sẽ tích lũy nhiều tổn thất ma sát hơn. Một đường dây bắt đầu ở áp suất cao có thể đến đầu xa mà chỉ còn lại rất ít, vì vậy kết quả đo tốt ở máy bơm không cho biết gì về áp suất tại thời điểm sử dụng.
Độ nhớt chất lỏng
Chất lỏng dày hơn chống lại sự chuyển động. Dầu, xi-rô và nhiều hóa chất xử lý cần nhiều áp suất hơn nước để đạt được cùng một dòng chảy và chúng có thể đẩy một đường ống từ trạng thái hỗn loạn sang trạng thái phân lớp hoàn toàn. Độ nhớt cũng ảnh hưởng đến kết quả mà đồng hồ báo cáo, đó là lý do tại sao cần hiểu rõ cách thứcđộ nhớt của chất lỏng làm thay đổi số đo dòng chảytrước khi tin tưởng một con số trên một môi trường nhớt.
Van và hạn chế
Van đóng một phần, bộ lọc bị tắc, khuỷu tay hoặc bộ giảm tốc sẽ làm giảm áp suất và có thể làm hạn chế dòng chảy ngay cả khi máy bơm trông vẫn ổn. Đây là bẫy dòng chảy-áp suất cao,{2}}thấp cổ điển.
Độ cao
Việc nâng chất lỏng lên dốc sẽ gây ra áp suất trực tiếp thông qua số hạng ρgz. Nếu công suất bơm bị hạn chế, lưu lượng sẽ giảm khi lực nâng tĩnh tăng.
Hiệu suất bơm
Một máy bơm không cung cấp cùng một lưu lượng ở mọi áp suất. Đường cong của nó giao dịch ngược chiều với dòng chảy, do đó, vị trí bạn ngồi trên đường cong đó - chứ không chỉ xếp hạng huy hiệu - sẽ đặt ra điểm vận hành.
Những sai lầm thường gặp khi sử dụng công thức áp suất và lưu lượng
Hầu hết các lỗi-áp suất đều là các biến thể của một chủ đề duy nhất: xử lý một hệ thống-tuyến tính, nhiều{2}}biến như thể một con số đã giải thích nó. Bảng dưới đây kết hợp giả định sai với cách tiếp cận tốt hơn.
| Giả định sai | Cách tiếp cận tốt hơn |
|---|---|
| Áp suất cao có nghĩa là dòng chảy cao | Kiểm tra vi sai và chế độ dòng chảy; đường dây bị chặn cho thấy áp suất thượng nguồn cao và hầu như không có dòng chảy |
| Đọc một thước đo cho dòng chảy | Sử dụng mức giảm áp suất trên một phần xác định cộng với dữ liệu về đường ống và chất lỏng |
| Bernoulli làm việc ở mọi nơi | Sử dụng Bernoulli cho các hạn chế, nhưng thêm ma sát Darcy–Weisbach cho các đường ống thực |
| Đường kính là một yếu tố nhỏ | Coi lỗ khoan là biến chi phối; những thay đổi nhỏ di chuyển dòng chảy lớn |
| Công thức nước phù hợp với mọi chất lỏng | Tính toán lại Re cho môi trường nhớt và chuyển sang mô hình nhiều tầng khi cần thiết |
| Nhân đôi sự khác biệt, nhân đôi dòng chảy | Ghi nhớ Q ∝ √ΔP; giảm bốn lần cho lưu lượng gấp đôi |
Khi kết quả đo áp suất không đủ: Ghép nối cảm biến với đồng hồ đo lưu lượng
Cảm biến áp suất và đồng hồ đo lưu lượng trả lời các câu hỏi khác nhau, đó là lý do tại sao các hệ thống hoàn thiện chạy cả hai. Chỉ số áp suất cho bạn biết liệu có đủ động lực hay không và liệu sự sụt giảm trên một phần có bình thường hay không; đồng hồ đo lưu lượng cho bạn biết lượng chất lỏng thực sự đang chuyển động. Máy bơm có thể cho thấy áp suất xả tốt trong khi cung cấp ít hơn nhiều so với lưu lượng thiết kế - chỉ một mét mới bù được khoảng trống đó.
Trong thực tế, mộtmáy phát áp suất chênh lệchtrên phần tử chính cung cấp cho bạn ΔP mà dạng căn bậc hai{0}}biến thành luồng, trong khi đồng hồ đo lưu lượng riêng biệt cung cấp khả năng kiểm tra độc lập. Để xác minh không-xâm lấn trên dòng chất lỏng đầy,kẹp-trên máy đo lưu lượng siêu âmđo vận tốc xuyên qua tường và áp dụng Q=A × v mà không cần tắt quy trình. Trên chất lỏng dẫn điện và bùn,lưu lượng kế điện từlà lựa chọn đo lường-trực tiếp phổ biến và chúng thường được cài đặt cùng vớimáy phát áp lựcđể người vận hành có thể nhìn thấy lực và dòng chảy cùng nhau.
Phương tiện quyết định công nghệ cũng nhiều như áp lực. Đối với hơi nước bão hòa hoặc quá nhiệt,máy đo lưu lượng xoáyxử lý nhiệt độ và pha mà các phương pháp định hướng chất lỏng-không thể làm được; cho khí nén và khí xử lý,máy đo lưu lượng nhiệtđọc trực tiếp dòng chảy khối lượng; và đối với nhiên liệu và dầu sạch{0}}có độ nhớt thấp,đồng hồ đo lưu lượng tuabinvẫn là một lựa chọn chính xác và tiết kiệm chi phí. Trong các hệ thống xử lý nước, xử lý hóa chất, HVAC và dầu, việc kết hợp dữ liệu áp suất và dòng chảy là yếu tố biến phỏng đoán thành xử lý sự cố và kiểm soát đáng tin cậy.
Câu hỏi thường gặp
Công thức cơ bản cho tốc độ dòng chảy là gì?
Giá trị cơ bản là Q=A × v, trong đó Q là tốc độ dòng chảy, A là diện tích mặt cắt ngang bên trong- và v là vận tốc trung bình. Nó chuyển đổi vận tốc đo được thành dòng chảy nhưng không tự mình lấy được dòng chảy từ áp suất.
Tôi có thể tính tốc độ dòng chảy từ một lần đọc áp suất không?
Nói chung là không. Một giá trị tĩnh đơn lẻ không mang thông tin về sự mất năng lượng giữa hai điểm. Bạn cần chênh lệch áp suất trên một phần xác định cộng với đường kính, chiều dài, đặc tính chất lỏng và dữ liệu ma sát.
Có phải áp suất cao hơn luôn có nghĩa là tốc độ dòng chảy cao hơn?
Không. Chênh lệch áp suất lớn hơn có thể làm tăng lưu lượng trong một hệ thống nhất định, nhưng riêng áp suất tĩnh cao không đảm bảo điều đó - và do mối quan hệ căn bậc hai-, ngay cả sự gia tăng thực tế về chênh lệch cũng mang lại mức tăng lưu lượng theo tỷ lệ nhỏ hơn.
Tại sao có áp suất nhưng không có dòng chảy?
Điều này thường chỉ ra sự tắc nghẽn hoặc van gần như đóng ở hạ lưu. Dòng chảy dừng lại trong khi áp suất ngược dòng tăng lên, do đó máy đo trông vẫn ổn mặc dù không có gì chuyển động. Đây là trường hợp rõ ràng nhất khi thêm đồng hồ đo lưu lượng để xác nhận việc giao hàng.
Tại sao áp suất giảm khi lưu lượng tăng?
Dòng chảy cao hơn có nghĩa là vận tốc cao hơn và tổn thất ma sát dọc theo đường ống nhiều hơn. Năng lượng tiêu tán do ma sát biểu hiện dưới dạng áp suất giảm từ đầu vào đến đầu ra, đó chính xác là những gì Darcy–Weisbach định lượng.
Công thức dòng chảy của nước và dầu có giống nhau không?
Vật lý cơ bản là vậy, nhưng chế độ thường khác nhau. Nước trong đường ống công nghiệp thường hỗn loạn, Darcy–Weisbach áp dụng; dầu nhớt trong một dòng nhỏ có thể là dầu tầng, trong đó định luật Poiseuille là đúng. Luôn tính toán lại số Reynolds trước khi chọn.
Đường kính ống thay đổi kết quả bao nhiêu?
Nhiều. Công suất tăng mạnh với diện tích lỗ khoan - tăng theo bình phương đường kính và trong dòng chảy tầng Poiseuille's r4nghĩa là giảm bán kính 10% có thể cắt giảm lưu lượng khoảng một phần ba. Đường kính thường là biến số có ảnh hưởng nhất.
Tôi nên sử dụng công thức nào cho dòng chảy đường ống công nghiệp?
Đối với hầu hết các dòng chất lỏng hỗn loạn, sử dụng Darcy–Weisbach cho độ giảm ma sát và áp suất; sử dụng dạng vi phân căn bậc hai khi đo lưu lượng qua lỗ hoặc lỗ thông hơi; bảo lưu định luật Poiseuille cho dịch vụ dạng lớp, nhớt. Khi nghi ngờ, bảng so sánh ở trên và việc kiểm tra số Reynolds{2}}sẽ chỉ cho bạn kết quả đúng. Việc chọn công cụ phù hợp là một quyết định có liên quan - hướng dẫn này trênCách chọn đồng hồ đo lưu lượng phù hợplà một bước tiếp theo hữu ích.
Cảm biến áp suất có thể thay thế đồng hồ đo lưu lượng không?
Chỉ trong thiết lập áp suất chênh lệch đã được hiệu chỉnh và thậm chí sau đó với mức giảm giới hạn và hạn chế đã biết. Để có giá trị dòng chảy trực tiếp, đáng tin cậy, hầu hết người vận hành đều sử dụng đồng hồ đo; đối với nhiều ứng dụng chất lỏng, sự lựa chọn thường phụ thuộc vàomáy đo lưu lượng siêu âm và điện từ, kết hợp với bộ truyền áp suất để hiển thị toàn bộ hệ thống.
Bài học chính
Công thức về mối quan hệ giữa tốc độ dòng chảy và áp suất không phải là một quy tắc mà là một bộ công cụ nhỏ. Chênh lệch áp suất điều khiển dòng chảy, tuy nhiên đường kính, ma sát, độ nhớt, hạn chế, độ cao và hoạt động của bơm đều làm cong kết quả - và mối quan hệ là phi tuyến tính, bị chi phối bởi căn bậc hai của độ giảm áp suất trên bất kỳ hạn chế nào. Đừng tin tưởng vào một kết quả đo áp suất duy nhất; tính toán chênh lệch trên một phần đã biết, khớp phương trình với chế độ dòng chảy và xác nhận bằng đồng hồ đo khi độ chính xác là quan trọng.
Nếu bạn đang định cỡ hoặc khắc phục sự cố cho đường ống dẫn chất lỏng, hãy bắt đầu bằng cách xác định phương tiện, kích thước ống thực, phạm vi dòng chảy dự kiến, điều kiện áp suất và môi trường lắp đặt. Hãy thực hiện đúng những điều đó và cả tính toán lẫn công cụ của bạn sẽ trở nên đáng tin cậy hơn nhiều.
