Преобразувайте тонове (метрични) в час t
Конвертор на единици Преобразуване на тон (метричен) на час [t/h] петаграм на секунда [Pg/s]
Главна информация
Количеството течност или газ, което преминава през определена област за определен период от време, може да бъде измерено по различни начини, като маса или обем. В тази статия ще разгледаме изчислението по маса. Масовият поток зависи от скоростта на средата, площта на напречното сечение, през която преминава веществото, плътността на средата и общия обем на веществото, преминаващо през тази област за единица време. Ако знаем масата и знаем или плътността, или обема, можем да намерим друго количество, тъй като то може да бъде изразено с помощта на масата и количеството, които знаем.
Измерване на масовия поток
Има много начини за измерване на масовия дебит и има много различни видове масови разходомери. По-долу ще разгледаме някои от тях.
Калориметрични разходомери
Температурната разлика се използва за измерване на масовия поток в калориметричните разходомери. Има два вида такива разходомери. И в двата случая течността или газът охлажда термичния елемент, покрай който протича, но разликата е в това какво точно измерва всеки разходомер. Първият тип разходомер измерва количеството енергия, необходимо за поддържане на постоянна температура на термичен елемент. Колкото по-голям е масовият поток, толкова повече енергия е необходима за това. При втория тип температурната разлика на потока се измерва между две точки: близо до термичния елемент и на определено разстояние надолу по течението. Колкото по-голям е масовият поток, толкова по-голяма е температурната разлика. Калориметричните разходомери се използват за измерване на масовия поток в течности и газове. Разходомери, използвани в течности или газове, които причиняватустойчиви на корозия материали, като специални сплави. В същото време от такъв материал се правят само части, които имат пряк контакт с веществото.
Разходомери с променливо налягане
Разходомерите с променливо налягане създават разлика в налягането вътре в тръбата, през която тече течността. Един от най-често срещаните начини е частично блокиране на потока на течност или газ. Колкото по-голяма е измерената разлика в налягането, толкова по-голям е масовият поток. Пример за такъв разходомер еразходомерът с отвор. Диафрагма, тоест пръстен, монтиран вътре в тръбата, перпендикулярен на потока течност, ограничава потока на течност през тръбата. В резултат на това налягането на тази течност в мястото, където се намира диафрагмата, е различно от налягането в други части на тръбата.Разходомерите със стеснителни устройства, например с дюзи, работят по подобен начин, само че стесняването в дюзите става постепенно, а връщането към нормалната ширина е мигновено, както при диафрагмата. Третият тип разходомер с променливо налягане, нареченразходомер на Вентурина името на италианския учен Вентури, се стеснява и разширява постепенно. Тръба с тази форма често се нарича тръба на Вентури. Можете да си представите как изглежда, ако поставите две фунии с тесни части една до друга. Налягането в стеснената част на тръбата е по-ниско от налягането в останалата част на тръбата. Трябва да се отбележи, че разходомери с отвор или отвор работят по-точно при висок напор, но техните показания стават неточни, ако напорът на течността е слаб. Способността им да блокират частично потока на водата се влошава при продължителна употреба, поради което, докато се използват, те трябва да бъдат редовно обслужвани и, ако е необходимо, калибрирани. Въпреки факта, че такиваразходомери лесно се повреждат по време на работа, особено поради корозия, те са популярни поради ниската си цена.
Ротаметрите илиразходомерите с променлива площса разходомери, които измерват масовия поток чрез диференциално налягане, т.е. те са разходомери за диференциално налягане. Техният дизайн обикновено е вертикална тръба, която свързва хоризонтални входни и изходящи тръби. Входната тръба е под изхода. Отдолу вертикалната тръба се стеснява, поради което такива разходомери се наричат разходомери с променливо сечение. Поради разликата в диаметъра на напречното сечение се създава разлика в налягането – точно както при другите разходомери за диференциално налягане. Във вертикална тръба се поставя поплавък. От една страна, поплавъкът се стреми нагоре, тъй като се влияе от повдигащата сила, както и от течността, движеща се нагоре по тръбата. От друга страна, гравитацията го дърпа надолу. В тясната част на тръбата общото количество сили, действащи върху поплавъка, го избутва нагоре. С нарастване на височината сумата от тези сили постепенно намалява, докато на определена височина стане нула. Това е височината, на която плувката спира да се движи нагоре и спира. Тази височина зависи от константи като теглото на поплавъка, конусността на тръбата и вискозитета и плътността на течността. Височината също зависи от променливия масов дебит. Тъй като знаем всички константи или можем лесно да ги намерим, тогава, знаейки ги, можем лесно да изчислим масовия поток, ако определим на каква височина е спрял поплавъкът. Разходомерите, които използват този механизъм са много точни, с грешка до 1%.
Кориолисови разходомери
Работата на кориолисовите разходомери се основава на измерването на кориолисовите сили, които възникват в осцилиращите тръби, през които течесредата, чийто поток се измерва. Най-популярният дизайн се състои от две извити тръби. Понякога тези тръби са прави. Те трептят с определена амплитуда и когато през тях не протича течност, тези трептения са фазово синхронизирани, както е на фигури 1 и 2 на илюстрацията. Ако през тези тръби се пропусне течност, тогава амплитудата и фазата на трептенията се променят и трептенията на тръбите стават асинхронни. Промяната във фазата на трептенето зависи от масовия поток, така че можем да го изчислим, ако имаме информация как са се променили трептенията при пропускане на течност през тръбите.
За да разберете по-добре какво се случва с тръбите в дебитомера на Кориолис, представете си подобна ситуация с маркуч. Вземете маркуча, прикрепен към крана, така че да е огънат, и започнете да го люлеете от една страна на друга. Вибрациите ще бъдат равномерни, докато водата тече през него. Щом пуснем водата, вибрациите ще се сменят и движението ще стане змиевидно. Това движение се причинява от ефекта на Кориолис - същият, който действа върху тръбите в разходомера на Кориолис.
Ултразвукови разходомери
Ултразвуковите или акустичните разходомери предават ултразвукови сигнали през течността. Има два основни вида ултразвукови разходомери: доплерови и време-импулсни разходомери. Вдоплеровите разходомериултразвуковият сигнал, изпратен от преобразувателя през течността, се отразява и получава от предавателя. Разликата в честотата на изпратените и получените сигнали определя масовия поток. Колкото по-голяма е тази разлика, толкова по-голям е масовият поток.
Време-импулсни разходомерисравняват времето, което е необходимо на звукова вълна да достигне приемник надолу по веригата с времето, необходимо нагоре по веригата. Разликата между тези две стойности се определя от масовия поток - колкото по-голям е, толкова по-голяма е масатаконсумация.
Тези разходомери не трябва да имат ултразвукови излъчващи устройства, рефлектори (ако се използват) и приемни преобразуватели в контакт с течността, така че е удобно тези разходомери да се използват с корозивни течности. От друга страна, течността трябва да премине ултразвукови вълни, в противен случай ултразвуковият разходомер няма да работи в нея.
Ултразвуковите разходомери се използват широко за измерване на масовия поток на открит поток, като например в реки и канали. Тези измервателни уреди могат също така да измерват масовия поток в канализацията и тръбите. Информацията, получена от измерванията, се използва за определяне на екологичното състояние на водния поток, в селското стопанство и рибовъдството, при третирането на течни отпадъци и в много други индустрии.
Преобразуване на масовия поток в обемен поток
Ако плътността на течността е известна, е лесно да се преобразува масовият поток в обемен поток и обратно. Масата се намира чрез умножаване на плътността по обем, а масовият поток може да се намери чрез умножаване на обемния поток по плътност. Струва си да се помни, че обемът и обемният поток се променят с температурата и налягането.
Приложение
Масовият поток се използва в много индустрии и в ежедневието. Едно от приложенията е за измерване на водния поток в частни домове. Както обсъдихме по-рано, масовият поток се използва и за измерване на отворени потоци в реки и канали. Кориолисовите и разходомери с променлива площ често се използват в обработката на отпадъци, минното дело, производството на хартия и целулоза, производството на електроенергия и нефтохимикалите. Някои видове разходомери, като например преходни разходомери, се използват комплексносистеми за оценяване за различни профили. Освен това информацията за масовия поток се използва в аеродинамиката.
Масов поток в аеродинамиката
Като се има предвид полета по отношение на масовия поток, въздухът може да се счита за течност, тъй като ефектът му върху самолет или друго превозно средство е подобен на течност. Разбира се, всъщност не въздухът минава покрай самолета, а по-скоро самолетът се задвижва напред от силата, генерирана от неговите двигатели. Но ако вземем самолета като отправна точка, тогава се оказва, че въздухът се движи покрай самолета. В този случай масовият поток може да се разглежда като една от величините, които влияят на полета, тоест движението на самолета спрямо Земята.
Масовият въздушен поток влияе върху движението на самолета по няколко начина и по-долу ще разгледаме два от тях: първият е общият въздушен поток покрай самолета, който помага на самолета да остане във въздуха, а вторият е въздушният поток през турбините, който помага на самолета да се движи напред. Нека първо разгледаме първия случай.
Помислете какви сили влияят на самолета по време на полет. Не е лесно да се обясни действието на някои от тях в рамките на тази статия, затова ще говорим за тях най-общо, като използваме опростен модел, без да обясняваме дребните подробности. Силата, която избутва самолета нагоре и е обозначена с B на илюстрацията, еповдигане.
Силата, която поради гравитацията на нашата планета дърпа самолета към Земята - неговототегло, обозначено на фигурата с буквата C. За да може самолетът да остане във въздуха, подемната сила трябва да преодолее теглото на самолета.Съпротивлениетое третата сила, която действа върху самолета в обратна посока на движение. Тоест съпротивлението се противопоставя на движението напред. Тази сила може да се сравни със силата на триене, която се забавядвижение на тялото върху твърда повърхност. Съпротивлението е показано на нашата илюстрация като D. Четвъртата сила, която действа върху самолета, етягата. Възниква при работа на двигателите и тласка самолета напред, т.е. насочен е противоположно на съпротивлението. Той е обозначен с A на илюстрацията.
Масовият въздушен поток, който се движи по отношение на самолета, влияе върху всички тези сили, с изключение на теглото. Ако се опитаме да изведем формула за изчисляване на масовия поток, използвайки сила, ще забележим, че ако всички други променливи са постоянни, тогава силата е право пропорционална на квадрата на скоростта. Това означава, че ако удвоите скоростта, тогава силата ще се увеличи четири пъти, а ако увеличите скоростта три пъти, тогава силата съответно ще се увеличи девет пъти и т.н. Тази връзка се използва широко в аеродинамиката, тъй като това знание ни позволява да увеличаваме или намаляваме скоростта чрез промяна на силата и обратно. Например, за да увеличим повдигането, можем да увеличим скоростта. Можете също така да увеличите скоростта на въздуха, който преминава през двигателите, за да увеличи тягата. Вместо скорост, можете да промените масовия поток.
Не забравяйте, че повдигането се влияе не само от скоростта и масовия поток, но и от други променливи. Например, намаляването на плътността на въздуха намалява повдигането. Колкото по-високо се издига самолетът, толкова по-ниска е плътността на въздуха, следователно, за да се използва най-икономично горивото, маршрутът се изчислява така, че надморската височина да не надвишава нормата, т.е. така че плътността на въздуха да е оптимална за движение.
Сега разгледайте пример, при който масовият поток се използва от турбини, през които преминава въздух, за да създаде тяга. За да може самолетът да преодолее съпротивлението и теглото и да може не самоостанете във въздуха на правилната височина, но също така се движете напред с определена скорост, тягата трябва да е достатъчно висока. Авиационните двигатели създават тяга, като пропускат голям въздушен поток през турбините и го изтласкват навън с голяма сила, но на кратко разстояние. Въздухът се отдалечава от самолета в посока, обратна на движението му, а самолетът, съгласно третия закон на Нютон, се движи в посока, обратна на движението на въздуха. Чрез увеличаване на масовия поток ние увеличаваме тягата.
За да се увеличи тягата, вместо да се увеличи масовият поток, може също да се увеличи скоростта, с която въздухът излиза от турбините. В самолетите това използва повече гориво, отколкото увеличаването на масовия поток, така че този метод не се използва.