DD243557A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING FLUORING CONDITIONS - Google Patents
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Abstract
Das Ziel der Erfindung, bei der Bestimmung von Stroemungsverhaeltnissen einer Einphasenstroemung auch seitliche Zu- und/oder Abfluesse zu erfassen, wird erreicht, indem in die zu untersuchende Stroemung ein radioaktiver Tracer injiziert wird und dann an mehreren Messpunkten (die in Stroemungsrichtung hintereinander liegen) die zeitliche Aktivitaetsverteilung gemessen wird. Aus dieser ortsaufgeloesten Aktivitaetsverteilung werden die in Stroemungsrichtung verlaufende Menge und die Existenz von Zu- und/oder Abfluessen sowie deren Mengen abgeleitet.The aim of the invention to detect lateral inflows and / or outflows in the determination of Stroemungsverhaeltnissen a Einphasenstroemung is achieved by a radioactive tracer is injected into the flow to be examined and then at several measuring points (in the flow direction behind each other) the temporal activity distribution is measured. From this spatially resolved activity distribution, the amount flowing in the flow direction and the existence of inflows and / or outflows and their quantities are derived.
Description
und L.den Abstand der Meßpunkte, A die Querschnittsfläche der Strömung am Meßpunkt i und η den Eichfaktor bedeuten. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, bestehend aus einer Injektionseinrichtung, einem Detektor und einer Versorungs- und Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor ein ortsauflösender Detektor möglichst großer Länge eingesetzt und der Abstand zur Injektionseinrichtung variabel ist.and L.the distance of the measuring points, A the cross-sectional area of the flow at the measuring point i and η denote the calibration factor. 2. Apparatus for carrying out the method according to item 1, consisting of an injection device, a detector and a Versorungs- and evaluation, characterized in that the detector used as a location-resolving detector as long as possible and the distance to the injection device is variable.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Strömungsverhältnisse einer Einphasenströmung mit seitlichen Zuflüssen und/oder Abflüssen und eignet sich speziell für die Bestimmung der Strömungsverhältnisse in Grundwasserbrunnen, Kanälen und Rohrleitungen. Das Meßverfahren ist darüber hinaus auf andere fluide Phasen (Flüssigkeiten, Gase, Feststoffschüttungen) anwendbar.The invention relates to a method and a device for determining the flow conditions of a single-phase flow with lateral inflows and / or outflows and is particularly suitable for determining the flow conditions in groundwater wells, channels and pipelines. The measuring method is also applicable to other fluid phases (liquids, gases, solid beds).
Zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten in Rohrleitungen werden neben den bekannten herkömmlichen Verfahren auch radioaktive Tracer eingesetzt. So wird z. B. die Laufzeit des Tracers, der sich zusammen mit dem strömenden Medium bewegt, für eine bekannte Strecke, die von zwei stromab liegenden Meßpunkten begrenzt wird, ermittelt (z.B. W. Hartmann, „Meßverfahren unter Anwendung ionisierter Strahlung", Leipzig 1969, S. 1029-57). Bei der sogenannten Injektionsmethode mit konstanter Geschwindigkeit wird die Durchflußmenge Q aus der bekannten, als konstant angesehenen Tracergeschwindigkeit q und aus den Impulsraten am Ort der Injektion des Tracers Ci und einem zweiten, stromab gelegenen Ort C2 ermittelt: Q = q (сі/Сг). Es ist aber auch möglich, daß die Impulsrate c2 über die Zeit integriert wird: Q = A Jc2 · dt (Brit. Nucl. Energy Soc.3 [1964] 252). Die Geschwindigkeitsmethode beinhaltet die Durchführung von Verweilzeitmessungen. Sie wird z.B. in Kernkraftwerken eingesetzt, um Lecks im Kühlkreislauf zu bestimmen. Dazu wird die zu untersuchende Strömung radioaktiv markiert und mit entlang der Strömungsrichtung angebrachten Detektoren verfolgt. (VDI-Berichte Nr. 254 [1976]).To determine the velocity of gases and liquids in pipelines, radioactive tracers are used in addition to the known conventional methods. So z. Example, the duration of the tracer, which moves together with the flowing medium, for a known distance, which is bounded by two downstream measuring points determined (eg W. Hartmann, "Measurement method using ionized radiation", Leipzig 1969, p. 1029-57) In the so-called constant velocity injection method, the flow rate Q is determined from the known tracer speed q considered to be constant and from the pulse rates at the tracer Ci injection location and a second downstream location C2: Q = q (FIG. However, it is also possible that the pulse rate c 2 is integrated over time: Q = A Jc 2 · dt (Brit Nucl. Energy Soc.3 [1964] 252) The velocity method involves performing It is used, for example, in nuclear power plants to determine leaks in the cooling circuit by radioactively marking the flow to be investigated and using the dete along the direction of flow (VDI Report No. 254 [1976]).
Zur Bestimmung von Grundwassergeschwindigkeit und Grundwasserströmungsrichtung mittels radioaktiver Tracer werden die Einbohrloch- und Zweibohrlochmethode eingesetzt (Neue Bergbautechnik 13 [1983] Heft 1.) Beide beruhen ebenfalls auf dem Prinzip der Geschwindigkeitsmethode, d.h. der Durchführung von Verweilzeitmessungen. Beide Methoden erlauben jedoch nur die Registrierung der Strömung in einer Richtung. Um bei der Einbohrlochmethode die Strömungsrichtung feststellen zu können, werden unterhalb und oberhalb der Injektionsstelle im Bohrloch Detektoren angeordnet. Das gestattet aber nur eine teufenorientierte Messung der vertikalen Stromungsrichtung. Seitliche Zu- oder Abflüsse werden nicht erfaßt; sie können nur über Massebilanzen erkannt werden.For the determination of groundwater velocity and groundwater flow direction by means of radioactive tracers, the one-hole and two-hole method are used (Neue Bergbautechnik 13 [1983] Heft 1.) Both are also based on the principle of the speed method, i. the execution of residence time measurements. However, both methods only allow the registration of the flow in one direction. In order to be able to determine the direction of flow in the borehole method, detectors are arranged below and above the injection site in the borehole. However, this only allows a level-oriented measurement of the vertical direction of flow. Lateral inflows or outflows are not detected; they can only be detected by mass balances.
Bekannt ist auch die Bestimmung von Durchflußmengen mit Hilfe einer Rezirkulationsstrecke. Die vom Detektor am Ort des Zusammentreffens der Druchflußmenge Q und der Rezirkulationsmenge registrierte Impulsrate Nges hängt sowohl von der eingesetzten Aktivität A als auch von der Durchflußmenge Q ab: Nges = F(A/Q). Der Proportionalitätsfaktor F ist die Detektorempfindlichkeit, deren Ermittlung jedoch oft schwierig ist. Auch dieses Verfahren ermöglicht nur die Bestimmung von Durchflußmengen und Strömungsgeschwindigkeiten, aber nicht von Stromungsrichtungen bzw. das Auftreten von Zu- oder Abflüssen.Also known is the determination of flow rates by means of a recirculation line. The pulse rate N ges registered by the detector at the place of confluence of the flow rate Q and the amount of recirculation depends on both the applied activity A and the flow rate Q: N ges = F (A / Q). The proportionality factor F is the detector sensitivity, which is often difficult to detect. This method also allows only the determination of flow rates and flow rates, but not of flow directions or the occurrence of inflows or outflows.
Weiterhin wird die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit von Grundwasser mit Hilfe anderer Detektoren beschrieben (E.Gasparund M.Oncesu, „Radioactive Tracers in Hydrology", Amsterdam, London, New York 1972). Die Detektoren sind auf einer Kreislinie angeordnet, und der Tracer wird im Mittelpunkt des Kreises injiziert.Furthermore, the determination of groundwater flow velocity is described by other detectors (E.Gaspar and M. Oncesu, "Radioactive Tracers in Hydrology", Amsterdam, London, New York 1972) Center of the circle injected.
Schließlich wird noch eine sogenannte direkte Bestimmung der Grundwasserströmung vorgeschlagen (Atompraxis 9 [1963], 1—4): In eine die wäßrige Formation kreuzende Bohrung wird eine definierte Menge eines γ-strahlenden Radionuklids injiziert und die Kontamination von an den Wänden der Bohrung angebrachten Filtern gemessen.Finally, a so-called direct determination of the groundwater flow is proposed (Atomic Practice 9 [1963], 1-4): In a hole crossing the aqueous formation, a defined amount of a γ-radionuclide is injected and the contamination of filters attached to the walls of the well measured.
Mitden bekannten Verfahren ist es nicht möglich, die örtliche Verteilung seitlicher Zu-oder Abflüsse und deren Flußraten bei der Ermittlung der Strömungsverhältnisse in Grundwasserbrunnen, Kanälen oder Rohrleitungen zu bestimmen.With the known methods, it is not possible to determine the local distribution of lateral inflows or outflows and their flow rates in determining the flow conditions in groundwater wells, channels or pipelines.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung ist die Erfassung seitlicher Zu- oder Abflüsse bei der Bestimmung der Strömungsverhältnisse in den genannten Systemen.The aim of the invention is the detection of lateral inflows or outflows in the determination of the flow conditions in the said systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Strömungsverhältnisse von Einphasenströmungen, mit dem sowohl die örtliche Verteilung seitlicher Zu- und Abflüsse als auch deren Flußraten bestimmt werden können, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The invention has for its object to provide a method for determining the flow conditions of single-phase flows, with both the local distribution of lateral inflows and outflows and their flow rates can be determined, and to provide an apparatus for performing the method.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß in die zu untersuchende Strömung ein radioaktiver Tracer injiziert und nach dessen gleichmäßiger Verteilungs über den Querschnitt der Strömung an mehreren Meßpunkten, die in Strömungsrichtuhg hintereinanderliegen, die zeitliche Aktivitätsverteilung c, (t) gemessen wird. Aus dieser ortsaufgelösten Aktivitätsverteilung des Tracers werden für benachbarte oder auch weniger auseinanderliegende Meßpunkte folgende Aussagen abgeleitet:The inventive method is that injected into the flow to be examined, a radioactive tracer and after its uniform distribution over the cross section of the flow at several measuring points, which lie behind one another in Strömungsrichtuhg, the temporal activity distribution c, (t) is measured. From this spatially resolved activity distribution of the tracer, the following statements are derived for adjacent or less spaced measuring points:
— die in Strömungsrichtung verlaufende Strömungsmenge Q,,The flow rate Q ,,
— die Existenz bzw. Nichtexistenz von Zu- und/oder Abflußmengen zwischen zwei Meßpunkten,- the existence or nonexistence of inflow and / or outflow quantities between two measuring points,
— die Mengen der zwischen zwei Meßpunkten existierenden Zu- und/oder Abflüsse. Die Strömungsmenge Q, ergibt sich aus:- The quantities of existing between two measuring points inflows and / or outflows. The flow rate Q, results from:
l· - l · -
wobei A die Querschnittsfläche der Strömung am Meßpunkt i und η einen Eichfaktor bedeuten.where A is the cross-sectional area of the flow at the measuring point i and η is a calibration factor.
Um Aussagen bezüglich von Zu- und Abflüssen zu gewinnen, werden zunächst die folgenden Größen ermittelt:In order to obtain statements regarding inflows and outflows, the following quantities are first determined:
— das Verhältnis V, der Gesamtimpulse zweier Meßpunkte i und i + к entlang der Strömungsrichtung:The ratio V, of the total impulses of two measuring points i and i + к along the direction of flow:
— eine Konstante K1: A constant K 1 :
mit der Verweilzeit T1:with the residence time T 1 :
!С · ι ν G' j · G · '-.. ь j O · 'ч Cf , · j φ ' - О J J-Jfj,; _ / —! С · ι ν G ' j · G ·' - .. ь j O · ' ч Cf , · j φ ' - О J J-Jfj; _ / -
.--г.- J J. .-- G.- J J.
und dem Abstand der Meßpunkte L1.and the distance of the measuring points L 1 .
Ist V1 > 0, so bedeutet das, daß zwischen den Meßpunkten i und i + к ein Zufluß exitiert, dessen Menge qj2 sich aus der ermittelten Strömungsmenge Q1 und dem Verhältnis V1 zu qiz = (V1 - 1) · Q1 ergibt.If V 1 > 0, then this means that an inflow exists between the measuring points i and i + k, whose quantity q j2 is determined from the ascertained flow rate Q 1 and the ratio V 1 to q iz = (V 1 - 1). Q 1 results.
Ist V1 = 1, so folgt daraus, daß kein Zufluß existiert. Das schließt aber nicht aus, daß ein Abfluß zwischen den betrachteten Meßpunkten vorhanden ist. Unter Heranziehung der Konstanten Ki lassen sich zwei Fälle unterscheiden:If V 1 = 1, it follows that no inflow exists. But this does not rule out that a drain between the considered measuring points is present. Using the constants Ki, two cases can be distinguished:
1. V1= 1,Kj= 11. V 1 = 1, Kj = 1
Im Meßabschnitt, d.h. zwischen den Punkten i und i + k, ist weder ein Zufluß noch ein Abfluß vorhanden.In the measuring section, i. between the points i and i + k, there is no inflow or outflow.
2. Vi= 1,Ki>12. Vi = 1, Ki> 1
In dem genannten Abschnitt ist zwar ein Abfluß, aber kein Zufluß vorhanden. Unter der Annahme, daß dieser Abfluß gleichmäßig über die gesamte Länge des betrachteten Meßabschnitts erfolgt (evtl. müssen die Meßpunkte entsprechend dicht gewählt werden), kann die Abflußmenge qiA ermittelt werden:In the said section is indeed a drain, but no inflow available. Assuming that this discharge takes place uniformly over the entire length of the measuring section under consideration (it may be necessary to select the measuring points correspondingly dense), the outflow quantity q iA can be determined:
Ist ν,>1, existieren sowohl Zu- als auch Abfluß. Auch hier können mehrere Fälle auftreten: 1. Vi>1,Kj= 1If ν,> 1, both inflow and outflow exist. Here too, several cases can occur: 1. Vi> 1, Kj = 1
Die im Meßabschnitt zwischen i und i + к auftretende Zuflußmenge qiz ist gleich der ebenfalls in diesem Abschnitt existierenden Abflußmenge q,A. Die Ermittlung erfolgt wie oben angegeben:The inflow quantity q iz occurring in the measuring section between i and i + k is equal to the outflow quantity q, A, which also exists in this section. The determination is made as indicated above:
-3-qi2 = (Vi - DQi und qiA = -qi2.-3-q i2 = (Vi - DQi and q iA = -q i2 .
2. Vi>1,Ki>12. Vi> 1, Ki> 1
Daraus läßt sich die Schlußfolgerung ziehen, daß die Abflußmenge q,A kleiner ist als die Zuflußmenge qiZ. Die Differenz uqi zwischen Abfluß und Zufluß ergibt sich zu Aqi = /qiA - qi2/.From this it can be concluded that the outflow q, A is smaller than the inflow qi Z. The difference uqi between outflow and inflow results in Aqi = / q iA - q i2 /.
qiz und qiA lassen sich wie angegeben ermitteln:q iz and q iA can be determined as indicated:
3. Vi>1,Ki>13. Vi> 1, Ki> 1
Hier sind die Verhältnisse zürn vorhergehenden Fall umgekehrt, d.h. die Abflußmenge ist größer als die Zuflußmenge.Here the conditions are reversed to the previous case, i. the discharge is greater than the inflow.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit eine exakte Ermittlung der Strömungsverhältnisse, d. h. sowohl der Strömungsmenge in Strömungsrichtung als auch der Mengen seitlich auftretender Zu- und Abflüsse. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Injektionseinrichtung für die Impulsinjektion des radioaktiven Tracers und einem in einem bestimmten Abstand dazu angeordneten ortsauflösenden Detektor mit Vorverstärker, Verstärker, AD- Wandler und Mikrorechnersystem. Der Abstand zwischen Injektionseinrichtung und Detektor ist zweckmäßigerweise variabel gestaltet (z. B. Gestänge mit Arretiervorrichtung),, so daß in Abhängigkeit von den jeweiligen konkreten Bedingungen der Abstand immer so groß gewählt werden kann, daß sich der Tracerimpuls bis zum Erreichen des Detektors gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt verteilen kann. Der ortsauflösende Detektor kann als aus vielen Meßpunkten zusammengesetzt vorgestellt werden, wobei jeder Meßpunkt eine zeitliche Aktivitätsverteilung dft) liefert. Das Mikrorechnersystem steuert Impulsinjektion, Start, Detektion und Speicherung derzeitabhängigen Aktivitätsverteilung nach einem festgelegten Programm und unterzieht die zeitabhängigen Aktivitätsverteilungen den oben beschriebenen Analysen.The inventive method thus allows an exact determination of the flow conditions, d. H. both the flow rate in the flow direction and the amounts of laterally occurring inflows and outflows. The device for carrying out the method consists of an injection device for the pulse injection of the radioactive tracer and at a certain distance therefrom arranged spatially resolving detector with preamplifier, amplifier, AD converter and microcomputer system. The distance between the injection device and the detector is expediently made variable (eg rod with locking device), so that depending on the particular concrete conditions, the distance can always be chosen so large that the tracer pulse evenly over until reaching the detector can distribute the flow cross-section. The spatially resolving detector can be presented as composed of many measurement points, each measurement point providing a temporal activity distribution dft). The microcomputer system controls impulse injection, start, detection and storage of current dependent activity distribution according to a fixed program and subjects the time dependent activity distributions to the analyzes described above.
Es soll die Grundwasserströmung in einem Brunnen, die vertikal noch oben gerichtet ist, gemessen werden. Dazu wird eine Vorrichtung verwendet, die aus einer Injektionseinrichtung, einem ortsauflösenden Xe-Proportionslitätszählrohr (vom Typ Porac —100) von etwa 2 m Länge und der dazugehörigen Elektronik besteht. Injektionseinrichtung und Detektor sind an einem Gestänge verschiebbar und arretierbar befestigt. Der Detektor ist mit der Elektronik über ein längeres Kabel verbunden, so daß letztere außerhalb des Brunnens verbleiben kann.The aim is to measure the flow of groundwater in a well that is vertically upwards. For this purpose, a device is used, which consists of an injection device, a location-resolving Xe-Proportionslitätszählrohr (Porac -100 type) of about 2 m in length and the associated electronics. Injection device and detector are mounted on a linkage displaceable and lockable. The detector is connected to the electronics via a longer cable so that the latter can remain outside the well.
In die Injektionseinrichtung wird mit 99Tc markiertes Pertechnetat mit möglichst großer spezifischer Aktivität eingesetzt. Die pro Impuls an das Wasser abgegebene Aktivität beträgt ca. 0,1 mCi.In the injection device is used with 99 Tc-labeled pertechnetate with the highest possible specific activity. The activity delivered to the water per impulse is about 0.1 mCi.
Die an beiden Zählrohrenden anliegenden Spannungswerte werden jeweils einem Vorverstärker, einem Verstärker und einem AD-Wandler zugeführt. Die von letzterem abgegebenen Meßsignale werden von einem Mikrorechnersystem so verarbeitet, daß für jeden Meßabschnitt des Zählrohres eine Aktivitätsverteilungskurve des Tracers im Grundwasser erhalten wird. Durch zeitliche Taktung der Impulsinjektion und der Detektorabfrage wird die ortsaufgelöste Aktivitätsverteilung zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen und somit eine zeitliche Aktivitätsverteilung des Tracers entlang dem Detektor bereitgestellt. Diese zeitliche Aktivitätsverteilung wird vom Mikrorechnersystem den oben beschriebenen Analysen unterzogen, so daß als Ergebnis Aussagen über Strömungsgeschwindigkeit des Grundwassers sowie über existierende seitliche Zu- und Abflüsse und deren Mengen ausgegeben werden.The voltage values applied to both ends of the counting tube are each supplied to a preamplifier, an amplifier and an AD converter. The measurement signals delivered by the latter are processed by a microcomputer system so that an activity distribution curve of the tracer in the groundwater is obtained for each measuring section of the counting tube. By temporal timing of the pulse injection and the detector query, the spatially resolved activity distribution is recorded at different times, thus providing a temporal activity distribution of the tracer along the detector. This temporal activity distribution is subjected to the analyzes described above by the microcomputer system, so that as a result statements about the flow velocity of the groundwater as well as existing side inflows and outflows and their quantities are output.
Um den Brunnen in seiner gesamten Länge von 20 m zu erfassen, wird die Vorrichtung nach jeder abgeschlossenen Messung und Auswertung um ein entsprechendes Stück (ca. 2 m) verschoben und der Vorgang Impulsinjektion-Messung—Auswertung wiederholt.In order to detect the well in its entire length of 20 m, the device is moved after each completed measurement and evaluation by a corresponding piece (about 2 m) and repeats the process impulse injection-measurement-evaluation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD28442085A DD243557A1 (en) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING FLUORING CONDITIONS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD28442085A DD243557A1 (en) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING FLUORING CONDITIONS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD243557A1 true DD243557A1 (en) | 1987-03-04 |
Family
ID=5574369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD28442085A DD243557A1 (en) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING FLUORING CONDITIONS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD243557A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4313682A1 (en) * | 1993-04-22 | 1994-10-27 | Wolfgang Dipl Ing Frey | Method for the visual determination and measurement of the discharge of liquids flowing slowly and with a free level, using air bubbles as measuring medium, and an arrangement for carrying out the method |
-
1985
- 1985-12-17 DD DD28442085A patent/DD243557A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4313682A1 (en) * | 1993-04-22 | 1994-10-27 | Wolfgang Dipl Ing Frey | Method for the visual determination and measurement of the discharge of liquids flowing slowly and with a free level, using air bubbles as measuring medium, and an arrangement for carrying out the method |
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