Analiza pola prędkości za kryzą pomiarową z wykorzystaniem metody PIV

• Autorzy: Tomaszewska-Wach Barbara

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2025.1.4

Warianty tytułu

EN

Analysis of the velocity field behind the measurement orifice using the PIV method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawione zostały wyniki badań eksperymentalnych, które dotyczyły analizy pola prędkości za kryzą. Analiza przeprowadzona została z wykorzystaniem metody PIV, która polega na śledzeniu ruchu cząstek znacznikowych wprowadzonych do płynu. Zastosowanie cyfrowej anemometrii obrazowej pozwala na wizualizację i analizę pola prędkości w całym obszarze przepływu. Przepływomierze zwężkowe, z uwagi na prostą budowę i nieskomplikowany pomiar, są często wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu. Badaniom poddane zostały dwie kryzy: standardowa i szczelinowa, które cechowały się jednakowym przewężeniem równym 0,5. Celem przeprowadzonych badań eksperymentalnych było sprawdzenie, jak kształt otworów przepływowych w kryzie wpływa na rozkład prędkości płynu za nią. Wyniki badań wykazały, że kształt otworów w kryzie ma istotny wpływ na rozkład prędkości. W przypadku kryzy standardowej zaobserwowano wyraźny wzrost prędkości w centrum rury, natomiast kryza szczelinowa zapewniała bardziej równomierny rozkład prędkości w przekroju poprzecznym rurociągu. Efekt ten wynika z obecności szczelin na całej powierzchni kryzy, co umożliwia płynne przejście strumienia płynu i ograniczenie turbulencji. Artykuł podkreśla znaczenie badań nad innowacyjnymi rozwiązaniami w dziedzinie przepływomierzy oraz zastosowanie nowoczesnych metod pomiarowych, takich jak cyfrowa anemometria obrazowa.

EN

The article presents the results of an experimental study that analyzed the velocity field behind the orifice. The analysis was carried out using the PIV method, which involves tracking the movement of tracer particles introduced into the fluid. The use of particle image velocimetry makes it possible to visualize and analyze the velocity field over the entire flow area. Orifice flowmeters, due to their simple design and uncomplicated measurement, are often used in many industries. Two orifices, a standard orifice and a slotted orifice, which were characterized by an equal constriction of 0.5, were tested. The purpose of the experimental study was to see how the shape of the flow holes in the orifice affects the distribution of fluid velocity behind it. The results showed that the shape of the orifice holes has a significant effect on the velocity distribution. In the case of a standard orifice, a clear increase in velocity was observed in the center of the pipe, while a slotted orifice provided a more uniform velocity distribution across the cross-section of the pipeline. This effect is due to the presence of slots over the entire surface of the orifice allowing smooth passage of the flow and reducing turbulence. The article emphasizes the importance of research into innovative solutions in the field of flowmeters, as well as the use of modern measurement techniques such as particle image velocimetry.

Słowa kluczowe

PL

PIV; kryza szczelinowa; kryza standardowa; przepływomierz zwężkowy

EN

PIV; slotted orifice; standard orifice; venturi flowmeter

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 1
• Strony: 29--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Tomaszewska-Wach Barbara

• Politechnika Opolska, Wydział Mechaniczny, Katedra Techniki Cieplnej i Aparatury Przemysłowej

• https://orcid.org/0000-0002-9796-1013

Bibliografia

• [1] Abou El-Azm Aly A., Chong A., Nicolleau F., Beck S. 2010. “Experimental Study of the Pressure Drop after Fractal-Shaped Orifices in Turbulent Pipe Flows.” Experimental Thermal and Fluid Science 34 (1): 104-11. https://doi.org/10.1016/J.EXPTHERMFLUSCI.2009.09.008.
• [2] Annamalai G., Pirouzpanah S., Sujan R. G., Morrison G.L. 2016. “Characterization of Flow Homogeneity Downstream of a Slotted Orifice Plate in a Two-Phase Flow Using Electrical Resistance Tomography.” Flow Measurement and Instrumentation 50 (August): 209-15. https://doi.org/10.1016/J.FLOWME-ASINST.2016.07.003.
• [3] Dong Z., Wenqian Z. 2018. “PIV Analysis of Cavitating Flow Behind Square Multi-Orifice Plates” 3 (July): 615-603. https://doi.org/10.29007/fhdg.
• [4] Elsaey A., El-Azm Aly A. A., Fouad M. 2014. “CFD Simulation of Fractal-Shaped Orifices for Flow Measurementimprovement.” Flow Measurement and Instrumentation 36 (April): 14-23. https://doi.org/10.1016/J.FLOW-MEASINST.2014.01.004.
• [5] Falcone G., Hewitt G.F., Alimonti C. 2009. “Multiphase Flow Metering,” 329.
• [6] Golijanek-Jędrzejczyk A., Mrowiec A., Kleszcz S., Hanus R., Zych M., Jaszczur M. 2022. “A Numerical and Experimental Analysis of Multi-Hole Orifice in Turbulent Flow.” Measurement: Journal of the International Measurement Confederation 193 (April). https://doi.org/10.1016/j.measurement.2022.110910.
• [7] Guo B. Y., Hou Q. F., Yu A. B., Li L. F., Guo J. 2013. “Numerical Modelling of the Gas Flow through Perforated Plates.” Chemical Engineering Research and Design 91 (3): 403-8. https://doi.org/10.1016/J.CHERD.2012.10.004.
• [8] Guo Z-p., Sun Xi-h., Dong Zhi-y. 2020. “PIV Analysis and High-Speed Photographic Observation of Cavitating Flow Field behind Circular Multi-Orifice Plates.” Water Science and Engineering 13 (2): 145-53. https://doi.org/10.1016/j.wse.2020.06.004.
• [9] Ismail B., Wael A. 2010. “Innovative Techniques For Two-Phase Flow Measurements.” Recent Patents on Electrical Engineeringe 1 (1): 1-13. https://doi.org/10.2174/1874476110801010001.
• [10] Jaworski Z. 2005. “Numeryczna Mechanika Płynów w Inżynierii Chemicznej i Procesowej.” Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT.
• [11] Kumar P., Boon F. C., Wong Ming Bing M. 2011. “Wet Gas Measurement with Slotted Orifice Meter--Effect of Geometry of Slots and Pressure.” Chemical Product and Process Modeling 6 (1). https://doi.org/10.2202/1934-2659.1620.
• [12] Kumar P., Wong Ming Bing M. 2011. “A CFD Study of Low Pressure Wet Gas Metering Using Slotted Orifice Meters.” Flow Measurement and Instrumentation 22: 33-42.
• [13] Ligus G., Wasilewski M., Kołodziej S., Zając D. 2020. “CFD and PIV Investigation of a Liquid Flow Maldistribution across a Tube Bundle in the Shell-and-Tube Heat Exchanger with Segmental Baffles.” Energies 13 (19). https://doi.org/10.3390/en13195150.
• [14] Malek K., Skoczkowska K., Ulbrich R. 2017. “Zastosowanie Metody PIV Do Analizy Zachowania Się Złoża w Aparacie Bębnowym Wstęp,” no. 1: 14-16.
• [15] Maynes, D., Holt G. J., Blotter J. 2013. “Cavitation Inception and Head Loss Due to Liquid Flow through Perforated Plates of Varying Thickness.” Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME 135 (3): 1-11. https://doi.org/10.1115/1.4023407.
• [16] Morrison G., Deotte R. 1994. “Slotted Orifice Flowmeter.” AIChE Journal, January. https://www.academia.edu/20301164/Slotted_orifice_flowmeter.
• [17] Nasiruddin S., Singh S. N. 2021. “Performance Evaluation of an Innovative Design Modification of an Orifice Meter.” Flow Measurement and Instrumentation 80 (December 2020): 101944. https://doi.org/10.1016/j.flowme-asinst.2021.101944.
• [18] Pirouzpanah, S., Çevik M., Morrison G.L. 2014. “Multiphase Flow Measurements Using Coupled Slotted Orifice Plate and Swirl Flow Meter.” Flow Measurement and Instrumentation 40: 157-61.
• [19] Raheem A., Baseer Siddiqi, A.S., Ibrahim A., Ullah A., Hameed Inayat M. 2021. “Evaluation of Multi-Holed Orifice Flowmeters under Developing Flow Conditions - An Experimental Study.” Flow Measurement and Instrumentation 79 (January): 101894. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2021.101894.
• [20] Piechota P., Synowiec P., Wędrychowicz W., Wróblewska E., Andruszkiewicz A., 2023. “Pomiar przepływu metodą ultradźwiękową w warunkach niestandardowych . Analiza wpływu podstawowych elementów hydraulicznych zaburzających przepływ na wynik pomiaru” INSTAL, 12-18, DOI: 10.36119/ 15.2023.5.2
• [21] Sikora M., Ligus G., 2022. “The Use of PIV Methods in the Study of Two-Phase Flows in Small Diameter Channels TWO-PHASE FLOWS IN SMALL DIAMETER” (June). https://doi.org/10.30464/jmee.2022.6.1.85.
• [22] Singh, V. K., Tharakan T.J. 2015. “Numerical Simulations for Multi-Hole Orifice Flow Meter.” Flow Measurement and Instrumentation 45 (October): 375-83. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2015.08.004.
• [23] Zhao T., Zhang J., Ma L. 2011. “A General Structural Design Methodology for Multi-Hole Orifices and Its Experimental Application.” Journal of Mechanical Science and Technology. https://doi.org/10.1007/s12206-011-0706-3.