RU2065146C1 - Способ определения вязкости жидких сред в трубопроводах - Google Patents
Способ определения вязкости жидких сред в трубопроводах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2065146C1 RU2065146C1 SU5038540A RU2065146C1 RU 2065146 C1 RU2065146 C1 RU 2065146C1 SU 5038540 A SU5038540 A SU 5038540A RU 2065146 C1 RU2065146 C1 RU 2065146C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- viscosity
- temperature
- constriction device
- liquid
- flow
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Использование: для определения вязкости в трубопроводах технологических линий. Сущность изобретения: способ включает прокачивание жидкости насосом регулируемой производительности через термостатированное сужающее устройство, расположенное в трубопроводе, измерение расхода жидкости, ее температуры, температуры теплоносителя в теплообменнике и перепада давления в сужающем устройстве и расчет вязкости. В расчетную формулу вводят коэффициенты, учитывающие реальную геометрическую форму сужающего устройства, проскальзывание среды у стенок сужающего устройства, отвод тепла с потоком анализируемой среды и отвод тепла в теплообменник, которые определяют при ступенчатом изменении производительности насоса и/или температуры среды при известной вязкости. 1 ил.
Description
Изобретение относится к средствам измерения вязкости жидких сред в трубопроводах технологических линий, преимущественно линий производства и переработки полимеров.
Известен способ определения текущих значений вязкости жидкости сред в трубопроводах технологических линий непрерывного синтеза полимеров [1] В этом способе анализируемую жидкость прокачивают шестеренчатым насосом регулируемой производительности через термостатированное сужающее устройство трубопровода. Сужающее устройство помещают в теплообменник и с помощью регулятора производительности насоса и системы подготовки и подачи теплоносителя в теплообменник устанавливают номинальный режим работы технологической линии. В этом стационарном режиме измеряют перепад давления в сужающем устройстве, частоту вращения ротора насоса, температуру жидкости и давления за насосом. Динамическую вязкость при рабочей температуре и расход жидкости определяют расчетным путем с помощью микропроцессорного вычислительного устройства (программируемого контроллера) по формулам:
(1)
(2)
и приводят вязкость к заданной температуре по формуле;
μN=Mср•f(TN, Tср), (3) (3)
где μср динамическая вязкость жидкости при температуре Тср;
k коэффициент, величину которого определяют путем индивидуальной тарировки вискозиметра;
Rc радиус проходного сечения сужающего устройства в узкой его части;
ΔP перепад давления в сужающем устройстве;
l длина сужающего устройства (расстояние между местами установки датчиков перепада давления;
Q объемный расход жидкости через сужающее устройство;
ω угловая скорость вращения ротора насоса;
a, b известные для каждого насоса параметры;
Р давление за насосом;
mN динамическая вязкость жидкости, приведенная к температуре ТN;
TN заданная температура, к которой приводят вязкость;
Тcр. средняя температура жидкости в сужающем устройстве (рабочая температура);
f(TN, Тср.) известная функциональная зависимость вязкости от температур ТN и Тср. Сужающее устройство размещают внутри трубопровода для увеличения перепада давления ΔP до величины, необходимой для измерения ΔP с требуемой точностью.
и приводят вязкость к заданной температуре по формуле;
μN=Mср•f(TN, Tср), (3) (3)
где μср динамическая вязкость жидкости при температуре Тср;
k коэффициент, величину которого определяют путем индивидуальной тарировки вискозиметра;
Rc радиус проходного сечения сужающего устройства в узкой его части;
ΔP перепад давления в сужающем устройстве;
l длина сужающего устройства (расстояние между местами установки датчиков перепада давления;
Q объемный расход жидкости через сужающее устройство;
ω угловая скорость вращения ротора насоса;
a, b известные для каждого насоса параметры;
Р давление за насосом;
mN динамическая вязкость жидкости, приведенная к температуре ТN;
TN заданная температура, к которой приводят вязкость;
Тcр. средняя температура жидкости в сужающем устройстве (рабочая температура);
f(TN, Тср.) известная функциональная зависимость вязкости от температур ТN и Тср. Сужающее устройство размещают внутри трубопровода для увеличения перепада давления ΔP до величины, необходимой для измерения ΔP с требуемой точностью.
Недостатком этого способа является низкая точность определения вязкости. Это связано с тем, что уравнение (1) описывает изотермическое течение вязкой жидкости в бесконечно длинной трубе постоянного диаметра. Расчетная формула (1) не учитывает пристеночное проскальзывание жидкости, характерное для течения расплавов некоторых полимеров, и изменение кинетической энергии потока, вызванное перестройкой профиля скоростей в его поперечных сечениях вдоль продольной оси сужающего устройства. Кроме того, сужающее устройство имеет сложную геометрическую форму и трудно в практических задачах обеспечить изотермический режим течения жидкости, вязкость которой существенно зависит от температуры, из-за разогрева жидкости, вызванного диссипацией энергии при вязкостном трении молекул жидкости. Так, например, в технологических линиях производства полимеров Могилевского ПО "Химволокно" разность между температурами стенок сужающего устройства вискозиметра [1] и средней температурой расплава полимера, вязкость которого определяют, достигает более 10oС. В то же время известно [2, c. 12-51] что указанные факторы существенно влияют на показания вискозиметров, в которых реализован способ [1]
В [2, c. 21-22] описан способ, учитывающий изменение кинетической энергии потока жидкости, вызванное перестройкой профиля скоростей в его поперечных сечениях вдоль продольной оси трубопровода. Анализируемую жидкость прокачивают через трубку с постоянным диаметром поперечного сечения (капилляр). В стационарном режиме течения измеряют перепад давления в капилляре ΔP и расход жидкости Q. Вязкость жидкости при рабочей температуре определяют расчетным путем по формуле:
(4)
где R внутренний радиус поперечного сечения трубки;
ρ плотность жидкости;
k коэффициент, величину которого определяют графической интерпретацией уравнения (4). Для этого по экспериментальным данным, которые получают при различных перепадах давления, строят график зависимости переменной
от параметра Z=Q/l. Коэффициент k определяют по углу наклона этой линии к оси Z.
В [2, c. 21-22] описан способ, учитывающий изменение кинетической энергии потока жидкости, вызванное перестройкой профиля скоростей в его поперечных сечениях вдоль продольной оси трубопровода. Анализируемую жидкость прокачивают через трубку с постоянным диаметром поперечного сечения (капилляр). В стационарном режиме течения измеряют перепад давления в капилляре ΔP и расход жидкости Q. Вязкость жидкости при рабочей температуре определяют расчетным путем по формуле:
где R внутренний радиус поперечного сечения трубки;
ρ плотность жидкости;
k коэффициент, величину которого определяют графической интерпретацией уравнения (4). Для этого по экспериментальным данным, которые получают при различных перепадах давления, строят график зависимости переменной
от параметра Z=Q/l. Коэффициент k определяют по углу наклона этой линии к оси Z.
Недостатком этого способа является низкая точность графического метода определения коэффициента k. Кроме того, в нем не учитывают влияние на показания вискозиметра других существенных факторов: неизотермичности течения и пристеночного проскальзывания жидкости. Он не применим к вискозиметрам, содержащим сужающее устройство.
В способе определения вязкости, описанном в [2, c. 29-39] учитывают влияние на показания вискозиметра неизотермичности течения анализируемой жидкости, вязкость которой изменяется в зависимости от температуры Т по экспоненциальному закону
μ=μo•exp{-km(T-To)} (5) (5)
Жидкость прокачивают через трубку с постоянным по длине диаметром поперечного сечения. Длину трубки и режим течения подбирают такими, чтобы на выходе из мерного участка трубки устанавливалась температура жидкости, одинаковая во всех точках поперечного сечения потока и равная температуре стенок трубки. Измеряют температуру стенок трубки, расход жидкости и перепад давления на мерном участке трубки.
μ=μo•exp{-km(T-To)} (5) (5)
Жидкость прокачивают через трубку с постоянным по длине диаметром поперечного сечения. Длину трубки и режим течения подбирают такими, чтобы на выходе из мерного участка трубки устанавливалась температура жидкости, одинаковая во всех точках поперечного сечения потока и равная температуре стенок трубки. Измеряют температуру стенок трубки, расход жидкости и перепад давления на мерном участке трубки.
Динамическую вязкость определяют по формуле:
(6)
где μo динамическая вязкость жидкости при температуре То;
km- температурный коэффициент вязкости;
Т текущая температура;
То температура стенок трубки;
λ коэффициент теплопроводности жидкости.
где μo динамическая вязкость жидкости при температуре То;
km- температурный коэффициент вязкости;
Т текущая температура;
То температура стенок трубки;
λ коэффициент теплопроводности жидкости.
Формула (6) получена приближенным интегрированием дифференциальных уравнений гидродинамики и теплообмена потока указанной жидкости в мерном участке трубки.
Недостатками этого способа является то, что с его помощью можно определять вязкость только тех жидкостей, у которых вязкость изменяется в зависимости от температуры по экспоненциальному закону (5). Он применим к вискозиметрам, не содержащим сужающее устройство, и не учитывает пристеночное проскальзывание жидкости и изменение кинетической энергии ее потока по длине мерного участка трубки. Кроме того, на практике трудно осуществить требуемый режим течения в трубах технологических линий, которые обычно имеют большой диаметр поперечного сечения.
Задачей изобретения является увеличение точности определения вязкости жидкостей в трубопроводах технологических линий.
Поставленная задача достигается тем, что в качестве базового используют способ [1] в котором в расчетной формуле учитывают реальные геометрические размеры сужающего устройства, пристеночное проскальзывание жидкости, изменение кинетической энергии потока жидкости в сужающем устройстве и отвод тепла от жидкости с потоком и в теплообменник.
На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
В предлагаемом способе, (см. чертеж) как и в способе [1] исследуемую жидкость прокачивают насосом регулируемой производительности 1 через термостатированное сужающее устройство 2 трубопровода 3. Сужающее устройство 2 и трубопровод 3 помещают внутрь теплообменника 4, снабженного системой 5 подготовки и подачи теплоносителя в теплообменник. С помощью регулятора производительности насоса 6 и системы 5 устанавливают номинальный режим течения и измеряют расход и температуру жидкости и перепад давления в сужающем устройстве. Вязкость при рабочей температуре определяют расчетным путем и приводят к заданной температуре с помощью программируемого контроллера 7. Показания датчиков расхода 8, температуры жидкости 9 и перепада давления 10 поступают в контроллер 7, который содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, процессор 12 и блок вывода результатов вычислений (БВ) 13. В отличие от способа [1] измеряют температуру теплоносителя в теплообменнике с помощью датчика температуры 14 и результаты измерений передают в контроллер 7. В расчетную формулу дополнительно вводят коэффициенты, учитывающие реальную геометрическую форму сужающего устройства, проскальзывание среды у стенок сужающего устройства, отвод тепла с потоком анализируемой среды и отвод тепла в теплообменник. Эти коэффициенты определяют расчетным путем (например, методом наименьших квадратов) по результатам измерений выходных сигналов датчиков 8, 9, 10 и 14, которые выполняют при ступенчатом изменении производительности насоса и (или) температуры анализируемой жидкости при известной ее вязкости. Вязкость для этих целей измеряют, например, образцовым вискозиметром. Расчетную формулу получают интегрированием дифференциальных уравнений гидродинамики и теплообмена потока анализируемой жидкости в сужающем устройстве с учетом всех указанных факторов. Например, при аппроксимации профиля скоростей потока в поперечном сечении сужающего устройства известной параболической зависимостью
расчетная формула принимает следующий вид:
где V скорость потока в точке поперечного сечения потока с радиальной координатой r;
Vo скорость потока на его осевой линии;
ε относительная скорость пристеночного проскальзывания;
m коэффициент, величина которого определяется числом Рейнольдса потока;
Tm температура теплоносителя в теплообменнике;
k0, k1, k2, k3 указанные ранее коэффициенты;
Опытный образец устройства, реализующего предлагаемый способ определения вязкости, изготовлен на базе унифицированных технических средств, испытан и эксплуатируется в составе автоматического управления технологической линией производства полиэтилдентерефталата в Могилевском ПО "Химволокно".
расчетная формула принимает следующий вид:
где V скорость потока в точке поперечного сечения потока с радиальной координатой r;
Vo скорость потока на его осевой линии;
ε относительная скорость пристеночного проскальзывания;
m коэффициент, величина которого определяется числом Рейнольдса потока;
Tm температура теплоносителя в теплообменнике;
k0, k1, k2, k3 указанные ранее коэффициенты;
Опытный образец устройства, реализующего предлагаемый способ определения вязкости, изготовлен на базе унифицированных технических средств, испытан и эксплуатируется в составе автоматического управления технологической линией производства полиэтилдентерефталата в Могилевском ПО "Химволокно".
Claims (1)
- Способ определения вязкости жидких сред в трубопроводах, включающий прокачивание жидкости насосом регулируемой производительности через термостатированное сужающее устройство, расположенное в трубопроводе, измерение расхода жидкости, ее температуры, температуры теплоносителя в теплообменнике и перепада давления в сужающем устройстве, определение вязкости расчетным путем и приведение значения вязкости к заданной температуре, отличающийся тем, что в расчетную формулу дополнительно вводят коэффициенты, учитывающие реальную геометрическую форму сужающего устройства, проскальзывание среды у стенок сужающего устройства, отвод тепла с потоком анализируемой среды и отвод тепла в теплообменник, которые определяют при ступенчатом изменении производительности насоса и/или температуры среды при известной вязкости.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5038540 RU2065146C1 (ru) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | Способ определения вязкости жидких сред в трубопроводах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5038540 RU2065146C1 (ru) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | Способ определения вязкости жидких сред в трубопроводах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2065146C1 true RU2065146C1 (ru) | 1996-08-10 |
Family
ID=21602426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5038540 RU2065146C1 (ru) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | Способ определения вязкости жидких сред в трубопроводах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2065146C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517819C1 (ru) * | 2012-11-06 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") | Инерционный способ измерения вязкости |
| RU2522718C2 (ru) * | 2012-11-06 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") | Инерционный вискозиметр |
| RU2737243C1 (ru) * | 2020-02-12 | 2020-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Поточный прибор для измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей с помощью щелевого сужающего устройства |
| RU2743511C1 (ru) * | 2020-02-13 | 2021-02-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Поточный способ для измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей с помощью щелевого сужающего устройства |
-
1992
- 1992-03-12 RU SU5038540 patent/RU2065146C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Контракт Могилевского ПО "Химволокно" с фирмой "ЦИДЕ" (ФРГ) МР-01/03-0667, 46-01/01285-117, ч. 4, 6, том N 5, Могилев, 1982. 2. Малкин А.Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерений. М.: Химия, 1979. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517819C1 (ru) * | 2012-11-06 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") | Инерционный способ измерения вязкости |
| RU2522718C2 (ru) * | 2012-11-06 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") | Инерционный вискозиметр |
| RU2737243C1 (ru) * | 2020-02-12 | 2020-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Поточный прибор для измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей с помощью щелевого сужающего устройства |
| RU2743511C1 (ru) * | 2020-02-13 | 2021-02-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Поточный способ для измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей с помощью щелевого сужающего устройства |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111801556B (zh) | 用于非侵入式测定流过导管区段的流体的温度的方法 | |
| US5272912A (en) | Apparatus and method for measuring viscosities of liquids | |
| EP2641071B1 (en) | Determining the heat flow emanating from a heat transporting fluid | |
| US20140005957A1 (en) | Viscometer for newtonian and non-newtonian fluids | |
| Graur et al. | The gas flow diode effect: theoretical and experimental analysis of moderately rarefied gas flows through a microchannel with varying cross section | |
| CN109506730A (zh) | 热式流量计 | |
| RU2065146C1 (ru) | Способ определения вязкости жидких сред в трубопроводах | |
| CN104502231B (zh) | 一种用于高温高压的双毛细管粘度计及其测试方法 | |
| Toledo et al. | Flow of fluids | |
| Abichandani et al. | Hydrodynamics and heat transfer in liquid full scraped surface heat exchangers—a review | |
| RU2743511C1 (ru) | Поточный способ для измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей с помощью щелевого сужающего устройства | |
| Patil | Isothermal laminar fluid flow in spiral tube coils | |
| Choi et al. | Local friction and heat transfer behavior of water in a turbulent pipe flow with a large heat flux at the wall | |
| El-Hawary | Effect of combined free and forced convection on the stability of flow in a horizontal tube | |
| Abesekera et al. | Liquid flow measurement by cross-correlation of temperature fluctuations | |
| Malinowski et al. | Measurement of the fluid flow rate with use of an elbow with oval cross section | |
| RU2737243C1 (ru) | Поточный прибор для измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей с помощью щелевого сужающего устройства | |
| Mandal et al. | Gas—liquid flow through helical coils in horizontal orientation | |
| Ilicali et al. | Laminar flow of power law fluid foods in concentric annuli | |
| Johnson et al. | Determination of viscosity of food systems | |
| SU1376022A1 (ru) | Способ автоматического определени температуропроводности жидкости | |
| SU560172A1 (ru) | Способ определени теплофизических свойств движущейс жидкости | |
| RU2169905C2 (ru) | Способ определения расхода в трубопроводе | |
| Everts et al. | Transitional flow regime nomenclature for smooth horizontal tubes heated at a constant heat flux | |
| Steffe | Problems in using apparent viscosity to select pumps for pseudoplastic fluids |