Numerical analysis of the influence of asymmetric deformation of the velocity field on metrological properties of the orifice

• Autorzy: Dobrowolski, B. , Kręcisz, K.

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna wpływu asymetrycznej deformacji pola prędkości na własności metrologiczne kryzy pomiarowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A change of the stream direction during a flow through a single elbow or their system causes asymmetric deformation of the velocity field. If two elbows are located in various planes, also a stream swirl can occur. The influence of these two phenomena on the accuracy of measurement of the fluid stream with orifices has been so far determined experimentally. In this paper theoretical considerations have been applied. Fluid motion has been described by the Reynolds set of equations closed with the k-ε model of turbulence. The three-dimensional set of equations has been solved for a fluid flow through the straight pipeline in the flow system with one or two elbows located in various planes. The tests were performed in order to estimate the influence of the velocity field upstream the orifice on the pressure distribution on the wall and the discharge coefficient for different distances of local obstacles from the orifice. The calculation results have been compared with the available experimental results.

PL

Zmiana kierunku strugi przy przepływie przez pojedyncze kolano lub ich układ powoduje asymetryczną deformację pola prędkości. Jeśli dwa kolana umieszczone są w róznych płaszczyznach, może pojawić się również zawirowanie strugi. Wpływ wyżej wymienionych czynników na dokładnośc pomiaru strumienia masy płynu za pomocą zwężek określano dotychczas wyłącznie na drodze badań eksperymentalnych. W pracy zastosowano badania teoretyczne. Ruch płynu opisano układem równań Reynoldsa domkniętym k-ε modelem turbulencji. Układ równań w wersji trójwymiarowej rozwiązywano dla przypadku przepływu płynu przez rurociąg prostoosiowy oraz układy przepływowe zawierające jedno lub dwa kolana umieszczone w różnych płaszczyznach. Celem badań było oszacowanie wpływu pola prędkości przed kryzą na rozkład ciśnienia na ściance oraz współczynnik przepływu przy różnych odległościach przeszkód miejscowych od kryzy. Obie przeszkody miejscowe powodują znaczną zmianę wspólczynnika przepływu C, co wpływa na dokładność pomiaru. Układ z kolanem generuje ujemną zmianę współczynnika przepływu: ΔC< 0, natomiast dwa kolana dodatnią: ΔC>0. Wyniki porównano z dostępnymi danymi eksperymantalnymi i stwierdzono ich dobrą jakościową zgodność.

Słowa kluczowe

EN

flow measurements; pipe orifice; asymmetric flow; measurement error

• Czasopismo: Metrology and Measurement Systems
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 12, nr 2
• Strony: 195-206
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Dobrowolski, B.

• Technical University of Opole, Opole, Poland,

autor

Kręcisz, K.

• Technical University of Opole, Opole, Poland

Bibliografia

• 1. Measurement of fluid flow by means of orifice plates. PN-93/M-53950/01, (in Polish).
• 2. Dobrowolski B., Kabza Z.: Theoretical analysis of the influence of axisymmetric deformation of the velocity field and stream swirl on metrological properties of the orifice. Studia i monografie z.59, ZN WSI w Opolu, 1992, (in Polish).
• 3. Spearman E. P., Sattary J. A., Reader-Harris M. J., Rhodes F. S.: The effect of upstream installations on orifice meter discharge coefficients. NEL Report FL/445, July 1995.
• 4. Schröder A.: Straight pipe lengths for nozzles and orifices. BWK, Jan. 1961, vol. 13, pp. 20-23.
• 5. Alleon A.: Relative changes in discharge coefficient of orifice plates as a function of their distance from a disturbance. Thermique et Aeraulique, vol. 2, 1972, pp. 25-36.
• 6. Nagel P., Jaumotte J.: Experimental study on the effect of disturbances on the flow coefficient of a standardized orifice plate. Proclim A., Applications Thermique et Aeraulique, vol. 7, 1976, pp. 57-84.
• 7. Irving S. J.: Effect of system layout on the discharge coefficient of orifice plates. BHRA Report, Cranfield: BHRA, 1978.
• 8. Mattingly G. E., Yeh T. T.: Summary report of NIST’s industry-government consortium research program on flowmeter installation effects with emphasis on the research period February-December 1990. NIST, Gaithesburg, USA, 1992.
• 9. Zimmermann H.: Examination of disturbed pipe flow and its effects on flow measurement using orifice plates. Flow Measurement and Instrumentation, vol. 10, 1999, pp. 223-240.
• 10. Sattary J. A.: EEC Orifice plate programme-Installations effects. Flow Measurement and Instrumentation, vol. 2, 1991, pp. 21-33.
• 11. Orsi E.: Influence of upstream fittings on the performance of standardized orifices. L’Energica Elettrica no. 1. 1978.
• 12. Blake K. A., Kennedy A., Kinghorn F. C.: The use of orifice plates and Venturi nozzles in swirling or asymmetric flow. Proc. Of 7th IMEKO Congress. London: Institute of Measurement and Control, 1976, pp. 279-292.
• 13. Nagashio K., Komiya K.: Effect of upstream straight length on orifice flowmeter. Report of the National Research Laboratory of Metrology, Japan, 1972, pp. 21-1.
• 14. Dobrowolski B., Kręcisz K., Spyra A.: Usability of some selected turbulence models for simulation of recirculating flow. XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów, Waplewo 2004, (in Polish).
• 15. Launder B.E., Spalding D.B.: The numerical computation of turbulent flows. Computational Methods Applied Mechanical Engineering, vol. 3, 1974, pp. 269-289.
• 16. Ferziger J. H., Perić M.: Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 1999.
• 17. Węcel D., Chmielniak T.: Numerical analysis of flow in pipelines helping measurement of fluid flow rate by means of reducers. XVI Krajowa Konferencja Mechaniki Płynów, Waplewo 2004.
• 18. Erdal, H. I. Andersson: Numerical aspects of flow computation through orifices. Flow Measurement and Instrumentation, vol. 8, no. 1, 1997.
• 19. Fidap 8.7.2, Fluid Dynamics Analysis Package. Fluent Inc., 2004.