Формирование равномерного профиля скорости в срезе профилированного канала эталонной установки

Исследованы профили скоростей в безнапорных и напорных каналах переключателей потока эталонных установок в области измерений расхода и количества жидкости. Описаны недостатки конструкций эталонных установок. Если эталонная установка работает в течение длительного времени, то из-за недостатков её конструкции невозможно получить профиль скорости потока в срезах профилированного канала напорных сопел, близкий к равномерному профилю. Показано, что размещение различных спрямляющих устройств в профилированных каналах напорных сопел переключателей потока эталонных установок не приводит к получению близкого к равномерному профиля скорости потока. Предложен подход к профилированию безнапорного канала переключателя потока, позволяющий получить близкий к равномерному профиль скорости потока. Экспериментально обоснована гидравлическая эффективность геометрии проточной части профилированного канала переключателя потока эталонной установки ЭУ-3 из состава Государственного первичного специального эталона единиц массы и объёма жидкости в потоке, массового и объёмного расходов жидкости ГЭТ 63-2019. Обосновано влияние формы профиля скорости потока в срезе профилированного канала переключателя потока и стабильности основных гидро- и термодинамических параметров потока воды (расхода, абсолютного давления и температуры) в напорном трубопроводе на метрологические характеристики эталонной установки. Экспериментальные исследования профиля скорости безнапорного потока воды в срезе профилированного канала выполнены быстродействующими измерителями полного давления и трубками Пито. Получены близкие к равномерным профили скорости потока воды в срезе профилированного канала при безнапорном истечении в диапазоне исследованных чисел Рейнольдса Re=(35...300)·103. Выполнено сравнение профилей скорости потока воды в срезах профилированного канала эталонной установки ЭУ-3 и плоского напорного сопла эталонной установки PTB (Германия). Приведены результаты, подтверждающие стабильность заданного массового расхода воды в течение длительного времени. Записаны уравнения расчёта массы воды за время переходных процессов с учётом изменения толщины потока воды и расхода от нуля до заданных значений. Представленный подход и полученные результаты полезны производителям эталонных установок и актуальны при проектировании, создании и модернизации профилированных каналов переключателей потока эталонных установок.

1. Yang W.-L., Wang X.-G., Chen Y.-J., Shen Y.-M. Optimal flow characteristics and timing error of a rotary flow diverter. Jiliang Xuebao / Acta Metrologica Sinica, 44(4), 598–603 (2023). https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.04.16

2. Fang L., Liu Y., Zheng M. A new type of velocity averaging tube vortex flow sensor and measurement model of mass flow rate. Energy, 283, 129155 (2023). https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.129155

3. Albaina I., Esteban G. E., Bidaguren I., Izquierdo U. New switching gate diverter valve for large flow measurement systems. Flow Measurement and Instrumentation, 93, 102425 (2023). https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2023

4. Cheong K.-H., Doihara R., Shimada T., Terao Y. Development of a gravimetric system using a conical rotating doublewing diverter for low liquid flow rates. Flow Measurement and Instrumentation, 56, (1–13) (2017). https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2017.05.006

5. Cheong K.-H., Doihara R., Shimada T., Terao Y. Gravimetric system using high-speed double switching valves for low liquid flow rates Measurement Science and Technology, 29(7), 075304 (2018). https://doi.org/10.1088/1361-6501/aac47d

6. Shimada T., Oda S., Terao Y., Takamoto M. Development of a new diverter system for liquid flow calibration facilities. Flow Measurement and Instrumentation, 14(3), 89–96 (2003). https://doi.org/10.1016/S0955-5986(03)00016-5

7. Engel R., Baade H-J. Model-based flow diverter analysis for an improved uncertainty determination in liquid flow calibration facilities. Measurement Science and Technology, 21(2), 02541 (2010). https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/2/025401

8. Cordova L., Furuichi N., Lederer T. Qualification of an ultrasonic flow meter as a transfer standard for measurements at Reynolds numbers up to 4∙106 between NMIJ and PTB. Flow Measurement and Instrumentation, 45, 28–42 (2015). https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2015.04.006

9. Тухватуллин А. Р., Щелчков А. В., Фафурин В. А. Государственный первичный специальный эталон единиц массы и объёма жидкости в потоке, массового и объёмного расходов жидкости ГЭТ 63-2019. Измерительная техника, (2), 3–8 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-2-3-8

10. Shchelchkov A. V., Fafurin V. A., Korneev R. A., Tukhvatullin R. R. Modification of the equation for mass flow rate (mass) measurement of liquid with account of dynamic influencing factors. Flow Measurement and Instrumentation, 83, 102117 (2022). https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2021.102117

11. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. Наука, Москва (1991).

12. Горбушин А. Р., Колесников А. И. Three-component mathematical model of a single-axis accelerometer for measuring pitch and roll angles. Измерительная техника, (2), 23–28 (2019). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-2-23-28

13. Калаев В. А., Хоробров С. В. Спрямление профиля скорости в потоке жидкости после напорного коллектора. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 16(4), 72–81 (2017). https://doi.org/10.18287/2541-7533-2017-16-4-72-81

14. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Машиностроение, Москва (1992).

15. Shchelchkov A. Thermohydraulic characteristics of discretely rough tubes for the transitional flow regime. Heat Transfer Research, 47(6), 545–557 (2016). https://doi.org/10.1615/HeatTransRes.2016010129

16. Исаев С. А., Леонтьев А. И., Баранов П. А., Попов И. А., Щелчков А. В., Габдрахманов И. Р. Численное моделирование интенсификации теплообмена в плоскопараллельном канале с цилиндрической неглубокой лункой на нагретой стенке. Инженерно-физический журнал, 89(5), 1195–1210 (2016). https://elibrary.ru/wxkfib

17. Mikheev N. I., Molochnikov V. M., Kratirov D. V., Dushina O. A., Paereliy A. A., Tukhvatullin A. R. New approach to maintaining liquid flow rate stability in national primary standard. Flow Measurement and Instrumentation, 79, 101930 (2021). https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2021.101930