venturi-1280x212.png

Venturi

Het meest gebruikelijke drukverschilapparaat is een Venturi flow meter die voor debietmeting wordt gebruikt. Venturi debietmeters meten de stroming met behulp van drukverschil.  De venturi bestaat uit een korte vernauwde buis (keel/throat) die de snelheid verhoogt om een drukverandering teweeg te brengen. De keel creëert doelbewust een gebied met lage druk ten opzichte van de druk bij de inlaat. De stroomsnelheid kan worden bepaald uit het drukverschil. Er zijn twee meetpunten voor de meting van het drukverschil. Eén bevindt zich bij de inlaat van de Venturi buis (High pressure tap) voor het aflezen van de hoge druk. De andere meetpunt (low pressure tap)  bevindt zich bij de keel en levert de lage druk.

Venturi

Met behulp van de vergelijking van Bernoulli kan de stroomsnelheid worden bepaald uit de gemeten waarde van het drukverschil. De massastroom voor vloeistof kan met de volgende formule worden bepaald:

venturi

Hierin is ΔP het drukverschil (P1-P2), ρ1 de vloeistofdichtheid en d de binnendiameter van de keel. De verhouding tussen de binnendiameter van de keel d en de binnendiameter van de inlaat D wordt de bètaverhouding (β) genoemd en wordt gegeven door:

venturi beta

De bètaverhouding moet tussen 0,4 en 0,75 liggen voor buizen met een diameter van 50 mm – 250 mm. C is de discharge coëfficiënt en is een functie van de diameterverhouding, het getal van Reynolds, de plaats van de drukpunten, het ontwerp van de keel en de wrijving als gevolg van de ruwheid van de buis. Voor de meeste Venturi debietmeters ligt de afvoercoëfficiënt tussen 0,6 en 0,9 en is altijd <1. Tabel 16 in ISO 5167 geeft de waarden of de richting van de variatie van de discharge coëfficiënten.

Het volumetrisch debiet kan worden berekend als:

venturi

waarin ρ de vloeistofdichtheid en Qm de massastroom is.

Gasstroom Venturi

De formule voor lucht, stoom of aardgas wordt gewijzigd door de toevoeging van de term ε gas expansie factor. Als gas door de keel van de Venturi stroomt zal de druk afnemen en dit gaat gepaard met een afname van de dichtheid. Tabellen voor de expansie factor zijn gegeven in ISO-5167 tabel A1. De formule voor de massastroom voor gas wordt gegeven door:

venturi

CFD analyse Venturi flow meter

Computational Fluid Dynamics (CFD) analyse kan worden toegepast om  Venturi debietmeters te analyseren en de ontwerpafmetingen te valideren. CFD analyse kan worden gebruikt voor alle soorten vloeistoffen. Het doel van deze studie is het gebruik van CFD analyse om een 2 inch en 4 inch Venturi flow meter onder realistische omstandigheden te simuleren. De beschrijving van het CFD model en de resultaten worden hieronder gepresenteerd.

Als eerst is een 3D model gemaakt van de 2inch en 4inch Venturi flow meters:

venturi2inch venturi4inch

Een CFD analyse software is gebruikt voor de simulatie. Voor de simulatie van de Venturi worden de volgende stappen doorlopen:

  • Geometrie; er wordt eerst begonnen met het importeren van de geometrie van de Venturi.
  • Materialen; het materiaal voor de vloeistof en de vaste delen moet worden toegewezen. In dit geval bestaat de vloeistof uit lucht en water en de vaste delen uit PVC.
  • Randvoorwaarden; de randvoorwaarden geven de fysische en operationele kenmerken van het model weer. De lucht en het water worden toegevoerd aan het inlaatgedeelte en ook de druk wordt gegeven aan het inlaat- en uitlaatgedeelte.
  • Mesh ; om een geldige en nauwkeurige oplossing te verkrijgen moet de Mesh aan bepaalde criteria voldoen. Dit proces verloopt bijna geheel automatisch en zet het geometriemodel om in een simulatiemodel. Ook worden verschillende Mesh modellen gebruikt om de resultaten te valideren.
  • Processing; nadat het model is beschreven is de simulatie klaar om uitgevoerd te worden.

Vloeistof eigenschappen

venturi

Simulatie randvoorwaarden

vloeistofeigenschappenventuri

Resultaten

De uitvoer van de CFD simulatie geeft de snelheids- en drukveranderingen ten gevolge van het vernauwde deel van de Venturi. Met de resultaten kan het massadebiet worden berekend om het te vergelijken met een handcalculatie. De resultaten van de simulatie zijn weergegeven in de figuren hieronder. De grafieken tonen ook de toename van de snelheid en de afname van de druk door de Venturi.

resultaten

Resultaten 2inch Venturi flow meter

cfd analyse

Resultaten 4inch Venturi flow meter

cfd analyse