Анализ систематических погрешностей измерений в расходомерах с моментным преобразователем Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_

2. Буяновский И.А. Граничная смазка: этапы развития трибологии. - М.: ФГУП «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. - 230 с.

3. Дорогочинская В.А., Шабалина Т.Н., Коротких Е.В. Метрология и стандартизация нефтепродуктов: Учебное пособие. - М.: ФГУП «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. - 54 с.

4. Краткий справочник по свойствам смазочных материалов и топлив: Корпорация Лубризол, 1993. - 168 с.

5. Моторные и реактивные масла и жидкости / Под ред. К.К. Папок. - М.: «Химия», 1963. - 704 с.

6. Проблема совершенствования технологии производства и улучшения качества нефтяных масел. Сборник трудов.- М.: «Нефть и газ», - 1996. - 198с .

7. Резников В.Д. Новое в зарубежных классификациях моторных масел. - ХТТМ, 2001, № 1, с. 23-24.

8. Фукс И.Г., Спиркин В.Г., Шабалина Т.Н. Основы химмотологии. Химмотология в нефтегазовом деле: Учебное пособие. - М.: ФГУП «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. - 280 с.

9. ASTM D 4684. Метод стандартных испытаний по определению предела текучести и кажущейся вязкости моторных масел при низкой температуре.

10. ASTM D 5293. Метод стандартных испытаний по определению кажущейся вязкости моторных масел при температурах от -5 до -35оС, используя имитатор проворачивания коленчатого вала непрогретого двигателя.

11. ASTM D 4683. Измерение вязкости при высокой скорости сдвига и высокой температуре на имитаторе подшипника с коническим вкладышем.

© Аршинский М.И., 2017

УДК:62-98, 62-185

Бажанов В.И.

Профессор, д.х.н., Московский политехнический университет, Москва, РФ

Гришин А.И.

Инженер, Московский политехнический университет, Москва, РФ

Тучин А.М.

Бакалавр, Московский политехнический университет, Москва, РФ

АНАЛИЗ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ В РАСХОДОМЕРАХ С

МОМЕНТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Аннотация

Для расходомера с моментным преобразователем, в котором движение жидкости приводит к отклонению заслонки, соединенной с регистратором угла поворота, в двумерном приближении с помощью пакета Star CCM+ проведен расчет параметров течения жидкости.

Расчеты показывают, что угол отклонения заслонки зависит не только от скорости потока, но и от напора жидкости. Это должно привести к значительным систематическим ошибкам. Отсюда следует, что при проведении измерений расходомером необходимо вводить поправки на зависимость угла отклонения от напора потока.

Ключевые слова

Расходомер, гидравлика, поле скоростей, STAR CCM+, турбулентность.

Введение

Расходомеры - устройства, применяемое для измерения расхода потоков жидкостей, имеют широкое применение [1, 22]. Наиболее простыми и надежными из них считаются расходомеры механического типа, такие, например, как расходомеры с моментным преобразователем (рис.1). В этих расходомерах в трубе 2 движется поток жидкости, отмеченный на рис.1 стрелкой. В поток помещается заслонка 1, соединенная с

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_

пружиной. В зависимости от различных значений скорости (расхода) жидкости заслонка отклоняется на различные углы. Измеряя угол поворота а, регистрируют расход жидкости, пропорциональный скорости потока. а - угол отклонения заслонки.

Рисунок 1 - Схема расходомера. 1 - заслонка, 2 - труба.

Течение жидкости в системе, включающей трубу и расположенную в ней заслонку - сложный гидродинамический процесс, и угол отклонения заслонки может зависеть не только от скорости потока, но и от напора. Анализу этого движения и посвящена данная работа.

Для решения поставленной задачи будем проводить расчет параметров движения жидкости в расходомере, используя пакет Star CCM+[2, 10], который позволяет решать гидродинамические задачи методом контрольного объема.

Математическая модель.

Будем решать задачу о движении воды с помощью уравнения Навье-Стокса и уравнения неразрывности [3,120] с учетом турбулентности:

где Ух , Уу - скорости в направлении осей X, Y ; t - время (с);

- кинематическая вязкость; р- плотность; V 2 — оператор Лапласа. Уравнение Навье-Стокса вместе с уравнением неразрывности образуют для несжимаемой жидкости замкнутую систему и вместе с граничными и начальными условиями принципиально позволяют получить решение задач механики жидкости для ламинарного режима течения.

Поскольку наше течение турбулентное, уравнение Навье-Стокса заменялось уравнением Рейнольдса [3,200], которое можно получить из уравнения Навье-Стокса, производя осреднение по времени:

Течение было принято стационарным, при этом использовалась к-е модель турбулентности [4,30], в которой кинетическая энергия турбулентных пульсаций определяется следующим образом:

, 1 k = —0

2

vx + v 2

V

У

3 k2

Для расчета параметров турбулентности использовались следующие формулы: £ = C^ —, k = - (UI)2,

i

I = 0.16Re-8 l = 0,038dh, Сц = 0,09

dh - гидравлический диаметр; e - турбулентная скорость диссипации; U - средняя скорость потока; I-интенсивность турбулентности; Re - число Рейнольдса; k - турбулентная кинетическая энергия; l - масштаб длины турбулентности.

Это уравнение будем решать в двумерном приближении методом контрольного объема в пакете программ STAR CCM.

Для этого нужно построить модель проточной части, задать граничные условия и провести расчет для того, чтобы получить связь угла отклонения заслонки, скорости жидкости и напора. На практике жидкость,

протекающая под напором Н (H = AP / pg, AP перепад давления на концах трубы), со скоростью v, создает вращательный момент на крыльчатке, уравновешенный пружиной. Так как задавая напор и скорость течения жидкости получить в расчете угол отклонения невозможно, мы будем задавать различные значения угла и напор, получая при этом значения скорости потока. Таким образом, мы и определим связь между искомыми величинами.

Вначале построим модель самого расходомера, считая, что диаметры входного и выходного отверстий составляют 2 см. Затем с помощью той же программы STAR CCM+ вырезая из пространства области, соответствующие конфигурации расходомера, получаем модель проточной части и разбиваем ее на ячейки (рис. 2). Для построения сетки использовался генератор многогранных ячеек. Полученная трехмерная сетка была преобразована в двухмерную, содержащую около 6000 ячеек.

Задаем значение угла отклонения и граничные условия: 1, 2 -давление на входе и выходе; 3,4 - твердая стенка. Во всех случаях на выходе задавалось избыточное давление 70 МПа.

Результаты расчетов

Задавая угол отклонения крыльчатки и перепады давлений на входе и на выходе получаем в результате поля скоростей и поля давлений. Поле скоростей дает возможность найти среднюю скорость движения жидкости в турборасходомере Уср

На рис. 3 и 4 показан результата одного из расчетов. По расчетным данным построена таблица 1, в которой приведены значения перепада давления Ар в зависимости от угла наклона заслонки и расхода

Рисунок 2 - Граничные условия и сеточная модель.

F'lS

I щи

Рисунок 3 - Поле давления; V=30 м/с

__ afe^ l.V.-.

Velocity (m/s)

019206 65 077 12996 10485 26973

Рисунок 4 - Поле скоростей; V=30 м/с

Таблица 1

Значения перепада давления в зависимости от угла наклона заслонки и расхода

а б=0.02м3/с Q=0.04 м3/с Q=0.09 м3/с

75о 15,6кПа 119,7кПа 513,7 кПа

50о 1,05 кПа 3,87 кПа 27,9 кПа

15о 0,08 кПа 1,1 кПа 16,1 кПа

Из таблицы 1 видно, что одному и тому же значению расхода при различных перепадах давления соответствуют различныые значения угла отклонения заслонки и, следовательно, различные показатели регистратора.

Выводы.

С помощью турборасходомера проводится определение скорости потока. При этом измеряяется угловая скорость вращения крыльчатки, которая полагается пропорциональной скорости. Течение жидкости в турборасходомере - сложный гидравлический процес, и как показывают проведенные нами расчеты угол отклонения заслонки зависит не только от скорости потока, но и от напора жидкости. Это приводит к значительным систематическим ошибкам. Отсюда следует, что при проведении измерений расходомером необходимо вводить поправки на зависимость от напора потока. Список использованной литературы:

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник. Книга 1. - 5-е изд. перераб. и доп. - СПб.: Политехника, 2002. - 409 с.

2. Star-CCM+Version 8.04 User Guide, CD-adapco, 2013;

3. Механика жидкости и газа: Учебное пособие для вузов. Под ред. В.С.Швыдкого. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 464 с.

4. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учеб. Для вузов.- 7-е изд., - М.: Дрофа, 2003. - 840 с.

© Бажанов В.И., Гришин А.И., Тучин А.М., 2017

УДК 62-5

Бенгина Татьяна Алексеевна

канд.техн.наук, доцент СамГТУ, г. Самара, РФ E-mail: bengina1@mail.ru

О ФОРМИРОВАНИИ НИТРИДОВ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ УПРОЧНЯЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ

Аннотация

В работе рассмотрен механизм образования нитридов в азотированном слое при химико-термической