Membran (fra græsk. διάφραγμα - skillevæg) - en indsnævringsanordning til strømmen af gas eller væske i en rørledning. Det er en rørledningsfitting som en primær måletransducer til måling af volumenstrøm . Det er en pladelignende skillevæg med et hul inde i et rør med en væske eller gas.
Funktionsprincippet, som i Venturi-røret , er baseret på Bernoullis lov , som etablerer et forhold mellem strømningshastigheden og trykket i det. En membran er installeret i en rørledning, gennem hvilken et flydende eller gasformigt stof strømmer, hvilket skaber en lokal indsnævring af strømmen. Den maksimale kompression af flowet sker i en vis afstand bag membranen, det resulterende minimum flow tværsnit kaldes det komprimerede tværsnit . På grund af overgangen af en del af den potentielle trykenergi til kinetisk energi, stiger den gennemsnitlige strømningshastighed i det indsnævrede afsnit. Det statiske flowtryk efter membranen bliver mindre end før det. Forskellen mellem disse tryk (trykfald) er jo større, jo større er strømningshastigheden af det strømmende stof. Trykforskellen måles med en differenstrykmåler .
Membranen er lavet i form af en ring. Hullet i midten på udgangssiden kan i nogle tilfælde være affaset. Afhængigt af designet og det specifikke tilfælde kan membranen indsættes eller ikke indsættes i det ringformede kammer (se Typer af membraner). Materialet til fremstilling af membraner er oftest stål 12X18H10T (GOST 5632-72), da materialet til fremstilling af organer af ringformede kamre, stål 20 (GOST 1050-88) eller stål 12X18H10T (GOST 5632-2014) kan være Brugt.
Hvis man antager en væskestrøm, inkompressibel og inviscid, stabil, laminær, i et vandret rør (ingen niveauændringer) med ubetydelige friktionstab, reduceres Bernoullis lov til loven om bevarelse af energi mellem to punkter på samme strømlinje:
eller
Fra kontinuitetsligningen:
eller og :
Udtrykker :
og
Ovenstående udtryk for repræsenterer den teoretiske volumenstrøm. Vi introducerer , såvel som udløbskoefficienten :
Og endelig introducerer vi strømningskoefficienten , som vi definerer som , for at opnå den endelige ligning for væskens volumetriske strømningshastighed:
Vi multiplicerer ligningen (1) opnået af os tidligere med væskens densitet for at få et udtryk for massestrømmen i en hvilken som helst sektion af røret: [1] [2] [3] [4]
hvor | |
= volumenstrøm (ved ethvert tværsnit), m³/s | |
= massestrøm (ved ethvert tværsnit), kg/s | |
= flowfaktor, dimensionsløs | |
= flowkoefficient, dimensionsløs | |
= rørtværsnitsareal , m² | |
= tværsnitsareal af åbningen i membranen, m² | |
= rørdiameter , m | |
= åbningsdiameter i membranen, m | |
= forhold mellem rør- og åbningsdiametre, dimensionsløs | |
= væskehastighed til membran , m/s | |
= væskehastighed inde i membranen, m/s | |
= væsketryk op til diafragma, Pa (kg/(m s²)) | |
= væsketryk efter membran, Pa (kg/(m s²)) | |
= væskens massefylde , kg/m³. |
Generelt gælder ligning (2) kun for inkompressible væsker. Men det kan modificeres ved at indføre en ekspansionskoefficient for at tage hensyn til gassernes kompressibilitet.
er 1,0 for inkompressible væsker og kan beregnes for gasser. [2]
Ekspansionskoefficienten , som gør det muligt at spore ændringen i densiteten af en ideel gas under en isentropisk proces , kan findes som: [2]
For værdier mindre end 0,25, har en tendens til 0, hvilket får det sidste led til at blive 1. For de fleste blænder er udtrykket således sandt:
hvor | |
= ekspansionsfaktor, dimensionsløs | |
= | |
= varmekapacitetsforhold ( ), dimensionsløs mængde. |
Ved at erstatte ligning (4) i udtrykket for massestrøm (3), får vi:
og
Således er det endelige udtryk for en ukomprimeret (dvs. subsonisk) strømning af en ideel gas gennem en membran for værdier på β mindre end 0,25:
Ved at bruge den ideelle gasligning for tilstand og kompressibilitetsfaktoren (indført for at korrigere for forskelle mellem reelle og ideelle gasser), et udtryk til praktisk brug i subsonisk reel gasstrøm gennem en åbning for β-værdier mindre end 0,25: [3] [ 4] [5]
Husk det og (tilstandsligningen for en rigtig gas, under hensyntagen til kompressibilitetsfaktoren)
hvor | |
= varmekapacitetsforhold ( ), dimensionsløs mængde | |
= massestrøm i et vilkårligt snit, kg/s | |
= faktisk gasstrøm til åbning, m³/s | |
= åbningsflowfaktor, dimensionsløs | |
= tværsnitsareal af åbningen i membranen, m² | |
= reel gasdensitet op til åbning, kg/m³ | |
= gastryk op til membranen, Pa (kg/(m s²)) | |
= gastryk efter membran, Pa (kg/(m s²)) | |
= gassens molekylvægt , kg/mol (også kendt som molekylvægt ) | |
= universel gaskonstant = 8,3145 J/(mol K) | |
= absolut temperatur af gassen op til åbningen, K | |
= gaskompressibilitetsfaktor ved og , dimensionsløs mængde. |
En detaljeret beskrivelse af den kritiske og ikke-kritiske strømning af gasser, samt udtryk for den kritiske strømning af gas gennem membranen kan findes i artiklen om kritisk strømning .
DKS - standard kammermembran.
Designet [6] til nominelt tryk op til 10 MPa med nominel boring fra 50 til 500 mm.
DBS - standard tubeless diafragma.
Designet [6] til nominel boring fra 300 til 500 mm og nominelt tryk op til 4 MPa.
GOST 8.563.1-97 (ikke længere gyldig i Den Russiske Føderation)