플로우 컨디셔닝

플로우 컨디셔닝은 오리피스, 터빈, 코리올리, 초음파 등과 같은 보조 플로우미터의 적절한 성능을 위해 "실제" 환경이 "실험" 환경과 밀접하게 유사함을 보장한다.

흐름의 종류

기본적으로 배관의 흐름은 다음과 같이 분류할 수 있다.

• 완전하게 개발된^{[clarification needed]} 흐름(세계 최고 수준의 흐름 연구소에서 발견)
• 사이비-완전하게발현상^{[clarification needed]}
• 비대칭, 비대칭 흐름
• 중간 정도의 소용돌이, 비대칭 흐름
• 높은 소용돌이, 대칭 흐름

유량조절기의 종류

그림(a)에 표시된 플로우 컨디셔너는 다음과 같은 세 가지 유형으로 분류할 수 있다.

• 스월만 제거하는 자(튜브 묶음)
• 스월 및 비대칭은 제거하지만 유사 완전 발달된 흐름을 생성하지 않는 경우
• 소용돌이와 비대칭성을 없애고 유사 완전발달 유량(고성능 유량조절기)을 생성하는 자

유량계 상류로 삽입된 벌집이나 베인 등의 직선화 장치는 필요한 직선 파이프의 길이를 줄일 수 있다. 단, 측정 정확도의 한계적 개선만을 도출할 뿐 비좁은 설치장소에서 허용하지 않을 수 있는 상당한 길이의 직선 파이프가 필요할 수 있다.

유량 직선제는 때로는 벌집이라고 불리기도 하는데, 풍동에서의 공기 흐름을 바로 잡기 위해 사용하는 장치다. 진입 중 공기 흐름에서 소용돌이치는 움직임으로 인한 횡방향 속도 구성요소를 최소화하기 위해 주 기류의 축을 따라 설치된 덕트의 통로다. 이러한 "허니컴"의 단면 모양은 정사각형, 원형 및 일반 육각형 세포일 수 있다.

저렴한 핸드메이드 플로우 스트레이너

저비용 유량 직선제는 저비용, 효율성이 좋아 음용 빨대를 이용해 시공할 수 있다. MIT(Maniet)의 실험적인 풍동도 그랬듯이, 신화 버스터스 텔레비전 쇼는 풍동에도 그러한 구조를 사용했다. 빨대는 같은 크기로 잘라 틀에 넣어야 한다.

벌집합성 효과

소용돌이와 난류 수준 감소에 있어 허니콤의 효과는 상업용 전산 유체 역학(CFD)에서 표준 k-트렁크 난류 모델을 사용하여 유동장을 시뮬레이션하여 연구한다. CFD는 허니콤의 효과를 추정할 수 있는 가장 정확하고 경제적인 접근법이다.

연산 모델

그림 1과 같이 벌집의 연산 도메인이 생성된다.

우리는 계산적으로, 실험에서 경험했던 것처럼 벌집형 입구에서 현실적인 불균일 흐름을 제공하는 것은 매우 어렵다는 것을 알고 있다. 이러한 무작위 유입 조건은 공기가 어떤 방향과 어떤 난류 수준에서 벌집 안으로 들어갈 수 있는 현실적인 경우를 본질적으로 시뮬레이션할 것이다. 따라서, 특수 영역은 실제 흡기 조건을 도입하기 위해 설계된다.

컴퓨터 모델의 메싱

벌집모형의 솔리드 모델은 GAMBIT 2.3.16에 중첩되어 있다. 그림 2.와 같이 구조화된 직사각형 메시를 사각형 벌집모형 구성으로 시뮬레이션에 사용한다. 난류 및 다공성 흐름에 대한 방정식과 함께 아음속 흐름에 대한 질량 및 운동량 보전에 대한 지배 방정식은 상용 CFD를 사용하여 벌집형에서 해결된다. 난류 모델링에는 RANS형 RNG k-calues 모델이 사용된다.

경계 조건

벌집형 상류에 생성된 별도 영역에는 다양한 흡입 조건이 제공되어 출구의 난잡운동에 도달하는데, 벌집형 세포의 유입구로 제공되어야 한다. 이것은 본질적으로 흐름이 어떤 방향에서 벌집 안으로 들어갈 수 있는 보다 현실적인 경우를 시뮬레이션한다. 다른 필요한 경계 조건과 함께 이 유입구의 사양이 여기에 언급되어 있다. 벌집 입구에서의 흐름은 반드시 난류 및 소용돌이 움직임을 가져야 한다. 따라서 이러한 요구사항을 통합하기 위해 별도의 유체 영역이 구성된다.

상단 및 하단 원형면은 횡속도가 높은 유장을 얻기 위해 이 영역의 유입구로 간주된다. 이 영역에는 이 조의 출구에서 충분한 소용돌이를 발생시키기 위해 유입구의 장애물로 수직 및 수평 실린더가 제공된다. 그림 3에 나타낸 것과 같은 사면 메시와 사면 구성요소는 이 기하학에 대해 생성된다. 노드 수는 147,666개다. 이 구성의 세 면은 속도 경계 조건을 가진 인렛트로 지정된다. 이 입구 면에서의 유체 속도는 출구의 평균 속도가 1m/s일 정도로 측정되었으며, 이는 작동 중인 풍동에 있다.

압력 출구 경계 조건은 게이지 압력에 대해 출구의 압력이 0으로 설정된 안착 챔버의 출구에서 사용된다. 항상 전체 유체 영역을 메싱하여 전체 유량장을 예측할 수 있지만 대칭 경계 조건을 이용한 전체 유량장 예측 시뮬레이션은 가능하다. 이 접근방식은 메쉬 요구사항과 계산 노력을 감소시킨다. 따라서 대칭 경계는 계산 영역의 주변부에서 사용된다.

계산 영역의 모든 고체 경계는 미끄러짐이 없는 벽 경계 조건을 가진 점성 벽으로 지정된다. 난류 모델의 출구에서의 난류 강도 프로파일은 그림 4와 같다. 이 그림은 난류 강도를 나타내며, 중심(30%)에서는 최대이고 벽면에서는 약 16-18%이며, 그림 2와 같이 난류 강도의 프로파일이 벌집 내부에 통합되어 있으며, 그림 5와 같이 난류 강도의 프로파일이 벌집으로부터 나온다. 이 프로파일에서 우리는 난류 강도가 중앙에서 30%에서 1.2%, 16%에서 3.5%로 감소한다는 것을 알 수 있다. 이는 벌집 효율성이 약 96%로 매우 높다는 것을 의미한다.

천연가스 측정

많은 액체를 운반하는 천연가스는 습식가스라고 알려져 있는 반면, 액체 없이 생산되는 천연가스는 건식가스라고 알려져 있다. 건조한 가스는 또한 모든 액체를 제거하는 것으로 처리된다. 가스 측정에 사용되는 다양한 인기 계량기에 대한 유량 조절의 효과는 아래에 설명되어 있다.

파이프 흐름 조건

유량 측정이 가장 어려울 뿐만 아니라 가장 중요한 측면은 1미터 상류의 배관 내의 유량 조건이다. 흐름 조건은 주로 유속 프로필, 프로필의 불규칙성, 유속 내 다양한 난류 레벨 또는 난류 강도 프로필, 스월 및 계량기가 예상과 다른 유량을 기록하도록 하는 기타 유체 흐름 특성을 참조한다. 설치 효과가 없는 기준 조건이라고 하는 원래 교정 상태에서 값을 변경한다.^[1]

설치 효과

불충분한 직선 파이프, 예외적인 파이프 거칠기 또는 매끄러움, 팔꿈치, 밸브, 티 및 환원기와 같은 설치 효과는 파이프 내의 유량 조건을 기준 조건에 따라 다르게 한다. 업스트림 설치 효과를 생성하는 장치는 모든 표준 계량 설계의 공통 구성 요소이기 때문에 이러한 설치가 계량기에 미치는 영향은 매우 중요하다. Flow Conditioning은 완전히 개발된 기준의 흐름 프로파일을 인위적으로 생성하는 과정을 말하며, 비용 경쟁적인 미터 표준 설계를 유지하면서 정확한 측정이 가능하도록 하는 데 필수적이다. 미터기 교정 계수는 계량 조건과 교정 조건 사이에 존재하는 기하학적 및 동적 유사성 만이 유효하다. 유체역학에서는 이것을 흔히 유사성의 법칙이라고 부른다.^[2]

유사성의 법칙

유사성 법칙의 원리는 이론 및 실험 유체 기계에 광범위하게 사용된다. 유량계의 교정에 관해서는 유사성의 법칙이 유량 측정 표준의 기초가 된다. 유사성의 법칙을 충족시키기 위해, 중심 시설 개념은 실험실 계량기와 전체 보관 이전 기간 동안 동일한 계량기의 설치 조건 사이에 기하학적, 동적 유사성을 요구한다. 이 접근방식은 선택된 기술이 교정 사이의 작동 또는 기계적 변화에 유의미한 민감도를 보이지 않는다고 가정한다. 교정 시 결정된 계량계수는 현장 설치와 인공물의 실험실 설치 사이에 동적 및 기하학적 유사성이 모두 존재하는 경우 유효하다. 적절한 제조업체의 실험 패턴은 민감한 영역을 탐색, 측정 및 경험적으로 조정하기 위해 위치시킨다. 제조업체가 권장하는 상관관계 방법은 물리학이 변하지 않는다면 성능예측을 위한 합리적인 근거다. 예를 들어, 물리학은 아음속과 음속의 흐름을 달리한다. 유사성의 법칙을 만족시키기 위해, 현장 보정 개념은 전체 보관 전송 기간 동안 보정된 미터와 동일한 미터기의 설치 조건 사이에 기하학적, 동적 유사성을 요구한다. 이 접근방식은 선택된 기술이 교정 사이의 작동 또는 기계적 변화에 유의미한 민감도를 보이지 않는다고 가정한다. 교정 시 결정된 계량계수는 전체 보관 이송 기간에 걸쳐 "필드 미터 설치"에 동적 및 기하학적 유사성이 모두 존재하는 경우 유효하다.^[3]

속도 흐름 프로필

배관 내의 유량에 대한 가장 일반적으로 사용되는 설명은 유속 프로파일이다. 그림(1)은 천연가스 측정을 위한 대표적인 유속 프로파일을 나타낸다.^[4] 유속 프로파일의 형상은 다음 방정식에 의해 주어진다.
${\displaystyle \frac{{}_{}}{U_{}}}$ ${\displaystyle \frac{y_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{Um}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{a_{}}{}}$ x${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$=${\displaystyle {}^{}}$[ ${\displaystyle {1\mathrm{}}^{}}$- ${\displaystyle {Y\frac{}{}}^{}}$ ${\displaystyle {\frac{R}{}}^{}}$ ${\displaystyle {]}^{}}$ ${\displaystyle 1^{}}$/ n ${\$ --(1)

n 값은 유속 종단의 모양을 결정한다. eq.(1)는 실험적으로 측정된 속도 데이터에 곡선을 적합시켜 파이프 내에서 흐름 프로파일의 형상을 결정하는 데 사용할 수 있다. 1993년에는, 데이터 적합을 달성하기 위해 열선 기술을 이용하여 고압 천연가스 환경 내에서 횡방향 유속을 측정하고 있었다. 완전히 개발된 흐름 프로파일은 계량기 보정 및 방전 계수(Cd)의 결정을 위한 기준 상태로 사용되었다. 레이놀즈 번호 ${\displaystyle {10\mathrm{}}^{}}$ 5 ${\$에서 ${\displaystyle {10\mathrm{}}^{}}$ 6 ${\$의 경우 n은$$ 약 7.5이며, ${\displaystyle {10\mathrm{}}^{}}$ 6 ${\$의 Re의 경우$,$ 매끄러운 파이프에서 완전히 개발된 프로파일이 가정된 곳에서 n은 약 10.0이다. n은 레이놀즈 번호와 마찰 계수의 함수이므로 eq(2)를 사용하여 n의 보다 정확한 값을 추정할 수 있다.
${\displaystyle n}$= ${\displaystyle 1\frac{\mathrm{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\sqrt{f}}{}}$. ${\displaystyle$ n$={\frac {1}{\\sqrt {f}}---$ (2)
여기서 f는 마찰 계수다.^[5] 배관 내의 흐름 속도를 실제로 측정하기 위한 적절한 장비가 없는 경우 완전히 개발된 속도 프로파일의 충분한 추정치를 사용할 수 있다. 완전히 개발된 흐름 프로파일이 존재하도록 하기 위해 eq.(3)의 다음과 같은 직선 파이프 길이를 활용했다.^[6]
${\$$.$$D\왼쪽[R_{e}\오른쪽]^{1/6}$ ---$$ (3)
eq.(3)에서 필요한 배관 길이는 중요하므로, 우리는 계량 패키지가 비용 경쟁적이고 정확할 수 있도록 더 짧은 배관 길이에 걸쳐 흐름을 조절할 수 있는 장치가 필요하다. 여기서 속도 흐름 프로필은 일반적으로 3차원이다. 일반적으로 프로파일이 비대칭이고 프로파일이 존재하는 경우 축 방향 표시가 필요하지 않으며, 적절한 기준면에 대한 축 방향 표시가 필요하다. 비대칭은 팔꿈치나 티와 같은 설치 효과의 하류에 존재한다. 일반적으로 속도 흐름 프로필은 90° 떨어져 있는 두 평면에 설명된다. 최신 소프트웨어 기술을 사용하여 충분한 데이터 포인트가 제공될 경우 속도 프로파일에 대한 완전한 파이프 단면 설명이 가능하다.

난류 강도

배관 내의 유량장 상태에 대한 두 번째 설명은 난류 강도다. 1994년의 실험에 따르면, 속도 흐름 프로필이 완벽한 파이프 흐름 조건으로 완전히 개발되었을 때에도 계량 오류가 존재할 수 있다. 반대로, 속도 프로파일이 완전히 개발되지 않은 경우 제로 미터링 오류가 발견되었다. 따라서 이러한 행동은 측정 바이어스 오차를 유발할 수 있는 가스 흐름의 난류 강도를 가리켰다. 이러한 행동은 부분적으로 기존의 튜브 묶음의 성능이 적절하지 않은 것으로 간주된다.^[7]

소용돌이

플로우 필드의 상태에 대한 세 번째 설명은 스월이다. 스월(Swirl)은 속도 벡터의 접선 흐름 성분이다. 속도 프로파일은 축 속도 프로파일이라고 해야 한다. 속도 벡터는 3개의 상호직교 구성요소로 분해될 수 있으므로, 속도 프로파일은 속도의 축 구성요소만 나타낸다. 그림 (2)는 흐름 스월 및 스월 각도의 정의를 설명하는 스월 각도를 나타낸다. 스월(스월)은 보통 전신 회전을 참조한다는 점에 유의하십시오(전체 파이프라인 흐름이 스월(스월)의 한 축을 따르는 경우). 실제 파이프라인 조건에서는 두 개 이상의 스월 메커니즘이 존재할 수 있다.

유량측정장치에 미치는 영향

흐름의 상태는 흐름을 측정하는 장치의 성능과 정확도에 영향을 미칠 수 있다.

오리피스 미터에 대한 유량조절의 영향

API 14.3 및 ISO 5167에서 제공하는 기본적인 오리피스 질량 흐름 방정식은 다음과 같다.
${\displaystyle q_{m}=(C_{d})(E_{v})(Y)\left[{\frac {\pi }{4}}\right](d)^{2}{\sqrt {2\rho \Delta P}}}$ ----(4)
여기서, q ${\displaystyle m_{}}$ ${\$ $$= 질량 흐름
${\displaystyle C_{}}$ ${\displaystyle d_{}}$ ${\$ 스타일 $C_{d}$ $$= 방전 계수
${\displaystyle E_{}}$ ${\displaystyle v_{}}$ ${\$ $$= 접근 인자의 속도
Y = 확장 계수
d = 오리피스 지름
${\displaystyle \rho }$ ${\displaystyle \rho}$ $$= 유체의 밀도
${\displaystyle \Delta }$ P ${\displaystyle \Delta P}$ $$= 차압
이제 eq.(4)를 사용하려면 오리피스 판으로 들어가는 유동장에 스월(swirl)이 없어야 하며 완전히 개발된 흐름 프로파일을 보여야 한다. API 14.3 (1990) 및 ISO 표준은 표시된 질량 흐름을 실제 질량 흐름과 비교하여 방전 계수를 결정하는 수많은 교정 시험을 완료하여 방전 계수를 결정했다. 모든 시험에서 공통 요건은 오리피스 판에 들어가는 완전히 개발된 흐름 프로필이었다.^[8] 따라서 정확한 표준 준수 계량기 설계는 완전히 개발된 스월 없는 유량 프로필이 오리피스 플레이트에 충돌하는지 확인해야 한다. 이것을 성취하기 위해 이용할 수 있는 많은 방법들이 있다. 이 방법들은 일반적으로 "흐름 조건화"라고 알려져 있다. 첫 번째 설치 옵션은 무유량 조절로 되돌리는 것이지만, 위에 언급된 eq.(2)에 의해 적절한 파이프 길이가 제공되어야 한다. 이것은 일반적으로 지나치게 긴 미터 튜브로 인해 유량 측정 설비의 제조 원가를 비현실적으로 만든다; 이매진 미터 튜브는 직경 75이다.

두 번째이자 가장 잘 알려진 옵션은 19-튜브 분들 유량 조절기다. 북아메리카의 대부분의 유량 설비에는 튜브 묶음이 포함되어 있다. 속도 프로필과 난류 강도를 상세하게 측정할 수 있는 핫 와이어, 피토 튜브 및 레이저 기반의 컴퓨터 측정 시스템의 도움으로 튜브 번들이 완전히 발달된 흐름을 제공하지 않는다는 것을 우리는 알고 있다.^[9] 따라서 이 장치는 오리피스 유량 측정이 편중되게 하고 있다. 이러한 최근의 발견으로 인해 흐름 측정을 위해 지정된 튜브 번들이 거의 없으며 이러한 장치의 사용을 줄인다. 기존의 19-튜브 테스트 번들을 사용할 때 허용 가능한 미터기 성능 미만을 나타내는 성능 결과를 제공하는 수많은 참조 자료들이 이용 가능하다.^[10] 베타 비율, 미터 튜브 길이, Re 및 테스트 조건과 같은 세부 사항을 확인하기 위해 개별 결과를 검토해야 한다.

일반적인 표시는 튜브 번들이 오리피스 판으로부터 약 11 파이프 직경까지 1 파이프 직경일 때 오리피스 설치로 인해 오리피스 유량 값이 최대 1.5%까지 초과 레지스터 유량 값이 발생한다는 것이다. 이는 완전히 개발된 프로필보다 높은 차압을 생성하는 평판 속도 프로필에 의해 발생한다. 오차 밴드가 약 0인 약 10~15 파이프 지름의 교차 영역이 있다. 그런 다음 약 15-25 파이프 지름 사이의 거리에 대해 유량의 약간 과소 등록이 발생한다. 이는 완전히 개발된 프로필보다 낮은 차압을 생성하는 정점 속도 프로필 때문이다. 25 파이프 직경보다 큰 거리에서 오차는 0으로 점증한다. 그림 (3)은 인기 있는 19개의 튜브 번들, 튜브 번들의 대표적인 특성 동작을 설명하는 재래식 튜브 번들 성능을 보여준다. 기존의 19개 튜브의 추가적인 단점, 튜브 묶음은 사이징에 있어 다양하다. 기존의 튜브 묶음은 설치 세부 사항, 즉 마지막 파이프 설치에서 컨디셔너 및 컨디셔너와 오리피스 판까지의 거리, 평면 위와 바깥의 팔꿈치, 티, 밸브에 따라 매우 많은 오류를 제공한다. 이러한 오류는 큰 의의를 가지고 있다. 따라서 미터기 스테이션 설계 및 설치에 앞서 기존 튜브 번들 성능에 관한 최신 결과를 검토해야 한다. 오리피스 조절을 위한 최종 설치 옵션은 구멍이 뚫린 플레이트 유량 조절기다. 다양한 구멍이 뚫린 판이 시장에 진출해 있다. 이러한 기기는 일반적으로 기존 튜브 번들의 단점(정확성 및 반복성 부족)을 시정하기 위해 설계된다. 설치 전에 선택된 천공 플레이트의 성능을 주의 깊게 검토하도록 독자에게 주의를 기울이십시오. 성능 결정에 플로우 컨디셔너 성능 시험 가이드라인을 활용해야 한다.^[11] 플로우 컨디셔너 테스트의 주요 요소는 -

1. 직선 미터 튜브의 업스트림 길이 70 ~ 100 파이프 직경의 기준 교정 테스트를 수행하십시오. 기준 방출 계수 값은 RG 오리피스 방정식(즉, AGA-3에서 제공하는 방출 계수)에 대한 95% 신뢰 구간 내에 있어야 한다.
2. 성능 평가에 사용할 업스트림 미터 튜브 길이 및 유량 조절기 위치를 선택하십시오. 원하는 위치에 플로우 컨디셔너를 설치하십시오. $먼저{\displaystyle }$ 두 개의 90° 팔꿈치 Out-of-plane 설치$$또는 β {\$displaystyle$\$$beta } = $.$40 및 β {\$displaystyle$ \$$beta $}$ = 0.67에 대해 테스트를 수행하십시오. 이 테스트는 플로우 컨디셔너가 방해된 흐름에서 소용돌이를 제거하는지 여부를 보여준다. $\Delta {\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle C}$ ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle \Delta Cd}$이(가$)$ $\beta {\displaystyle }$ ${\displaystyle \beta },$ 즉$$ 0.40 및 0.67의 두 값에 대해 허용되는 영역 내에 있고, Cd 결과가${\displaystyle {\mathrm{}}^{}}$(${\displaystyle \beta {}^{}}$) ${\displaystyle 3^{}}$.5 ${\$으로 변동하는 경우$5$ 그러면 컨디셔너가 스월 제거에 성공한다. 양호한 흐름 조건, 부분 폐쇄 밸브 및 고도로 교란된 흐름 등 다른 세 설비에 대한 시험은 $\beta {\displaystyle }$ ${\displaystyle \beta }$ = $$0.67 및 기타에 대한 결과(i ratio는 $\Delta {\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle C}$ ${\displaystyle d}$- (${\displaystyle \beta {}^{}}$) ${\displaystyle 3^{}}$.5${\delta Cd-(\beta )^{3$에서 예측)를 수행할 수 있다$.$$5.}$ 상관관계$$. 그렇지 않으면, 시험은 0.20과 0.75 사이의 p 비율 범위에 대해 수행되어야 한다.
3. 테스트를 수행하고 반 폐쇄 밸브 다운스트림과 이중 90° 엘보우 아웃오브 플레인 또는 높은 스월 설치에 대해 양호한 흐름 조건에서 설치된 플로우 컨디셔너 성능을 결정한다.

유량 조절이 터빈 계량기에 미치는 영향

터빈 미터는 터빈 블레이드와 로터 구성 장치 등 다양한 제조업체의 공통 테마 구성으로 사용할 수 있다. 이러한 기기는 가스 흐름이 통과할 때 날개 위를 지나가는 가스의 양에 비례하여 반복 가능한 방식으로 회전하도록 설계된다. 그 다음 다양한 레이놀즈 번호에서 회전 속도와 볼륨 사이의 관계를 나타내는 교정을 완료함으로써 정확도가 보장된다. 오리피스 미터와 터빈 미터의 근본적인 차이는 유량 방정식 도출이다. 오리피스 미터 유량 계산은 유체 흐름 기초(연속성 방정식의 파이프 지름과 정맥 수축 지름을 활용한 열역학 도출의 제1 법칙)에 기초한다. 이론적 예상으로부터의 편차는 방출 계수에 따라 가정할 수 있다. 따라서 측정 표준만 손에 들고 기계공장에 접근하면 알려진 불확실성의 오리피스 미터를 제조할 수 있다. 유량 조절의 필요성, 따라서 완전하게 개발된 속도 흐름 프로파일은 위에서 설명한 대로 완전히 개발된 '기준 프로파일'이나 완전히 개발된 Cd의 원래 결정으로부터 구동된다.

반대로 터빈 미터 작동은 열역학 기초에 깊이 뿌리박지 않는다. 이것은 터빈 미터기가 어떤 식으로든 열등한 장치라고 말하는 것은 아니다. 이론적 배경을 제공하는 건전한 공학 원리가 있다. 그것은 근본적으로 교정을 통해 정확성을 보장받는 극도로 반복 가능한 장치다. 교정은 정확성을 제공한다. 양호한 유량 조건(스월 및 균일한 속도 흐름 프로필이 없는 유량 조건)에서 수행되며, 이는 제조된 모든 미터에 대해 수행된다. 보정된 조건으로부터의 편차는 설치 효과로 간주될 수 있으며, 이러한 설치 효과에 대한 터빈 미터의 민감도가 관심 대상이다. 유량 조절의 필요성은 계량기의 민감도에서 스월 및 속도 프로파일의 보정된 조건으로부터의 편차로 유도된다. 일반적으로, 최근의 연구는 터빈 계량기가 소용돌이에는 민감하지만 속도 프로파일의 모양에는 민감하지 않다는 것을 보여준다. 균일한 속도 프로파일이 권장되지만 완전히 개발된 흐름 프로파일에 대한 엄격한 요건은 명시되지 않는다. 또한 유량 조절 장치가 없는 두 개의 엘보우 Out-of-plane에 단일 또는 이중 로터 터빈 계량기를 하류에 설치할 때 유의한 오류는 명백하지 않다.^[12][13]

유량 조절이 초음파계에 미치는 영향

기술의 상대적 연령 때문에 흐름 프로필 왜곡과 소용돌이의 영향을 설명하기 위해 다중 경로 초음파 측정기의 작동을 논의하는 것이 유익할 수 있다. 고주파 사운드를 활용한 유량 측정은 종류가 다양하다. 오늘날 이용할 수 있는 양육권 이전 측정 장치는 여행의 개념을 활용한다. 유량과의 비행 시간의 차이는 유량과의 비행 시간과 비교된다. 이 차이는 음로의 평균 유속을 유추하는 데 사용된다.^[14] 그림(5)은 이 개념을 설명하는 초음파 측정기 사운드 경로를 표시하지 않는다.

음로가 경험하는 평균 속도에 대한 결과 흐름 방정식은 다음과 같다.
${\displaystyle {\bar {V}}_{flow}=\left[{\frac {1}{T_{ab}}}-{\frac {1}{T_{ba}}}\right]\left[{\frac {Dist_{Soundpath}}{2\cos \phi }}\right]}$ ----(5)
유량이 없는 경우는 유량이 0일 때(eq.(5)와 0을 같음) 소리의 실제 경로를 제공한다. 이론적인 흐름 프로파일의 경우, 파이프 벽의 미끄럼 방지 조건이 적용되지 않는 균일한 속도 흐름 프로파일을 말한다. 그림(6)은 초음파 미터 음경 경로 - 균일한 속도 프로파일을 보여 주며, 이는 결과적으로 발생하는 소리 경로를 보여준다.

이 소리 경로에 대한 평균 속도 방정식의 이론적 도출은 훨씬 더 복잡해진다. 그림(7)에 표시된 것처럼 초음파 측정기의 완전하게 개발된 실속 프로파일의 경우 실제 흐름에서 설치 결과 발생 가능한 사운드 경로를 나타낸다.

여기서 이 초음파 측정기의 수학적 파생도 매우 복잡해진다. 소리 경로에 대한 평균 흐름 속도를 계산하기 위한 강력한 흐름 알고리즘을 개발하는 것은 매우 복잡할 수 있다. 여기에 더하여 파이프 벽에서 반사되는 소리 경로, 자유도를 더하는 다중 경로, 완전하게 개발된 축대칭 흐름 프로필로부터의 소용돌이와 이탈, 그리고 실제 속도 흐름 프로필을 통합하여 볼륨 유량을 산출하는 문제가 달성될 수 있다. 따라서 섭동 하류 초음파 측정기의 실제 성능 및 교정의 필요성이 요구된다.^[15]

유량 조절이 코리올리 미터에 미치는 영향

그림(8)에 나타난 코리올리 측정기는 단상 조건에서 매우 정확하지만 2상 흐름을 측정하기에는 부정확하다. 2상 운전시 복잡한 유체 구조 상호작용 문제를 제기한다. 앞서 언급한 조건에서 코리올리스 미터가 보고한 오류를 예측하는 데 사용할 수 있는 이론적 모델이 부족하다.

유량조절기는 유량조절기의 영향을 크게 받지 않는 환형유체제로 인해 젖은 가스를 사용하면서 계량기 정확도에 영향을 주지 않는다. 단상 조건에서는 코리올리스 미터가 심각한 유량 장애 발생 시에도 정확한 측정을 한다. 오리피스나 터빈과 같은 다른 계량 기술에서 정확한 측정값을 얻기 위해 계량기 전에 유량 조절을 할 필요가 없다. 반면 2상 흐름에서는 계량기가 일관되게 음의 오차를 준다. 유량 컨디셔너의 사용은 분명히 공기 중에 있는 계량기의 판독에 영향을 미친다. 이 현상은 저가스 부피 분수 액체 흐름에서 유량의 상당히 정확한 추정치를 얻기 위해 사용될 수 있다.^[16]

액체 흐름 측정

유량 조절은 유량 교란을 초래하는 액체 터빈 계량기의 정확도에 큰 영향을 미친다. 이러한 영향은 주로 다양한 업스트림 배관 기하학적 구조와 다양한 유형의 플로우 컨디셔너의 스트레이너 스크린의 이물질에 의해 발생한다. 플로우 컨디셔너의 효과는 다음의 두 가지 주요 측정값으로 알 수 있다.

• 지정된 유량 및 흡입구 배관 형상에 대해 정의된 흐름 장애 범위에 대한 평균 미터 인자의 백분율 변화 흐름 장애 범위에 대한 평균 미터 인자의 백분율 변동 값이 작을수록 유량 조절기의 성능은 좋아진다.
• 주어진 유량 및 입구 배관 기하학적 구조에서 각 유량 장애에 대한 백분율 미터 계수 반복성 주어진 설치/운용 조건에서 백분율계수 계수 반복성의 값이 작을수록 유량 조절기의 성능은 더 좋아질 것이다.

참고 항목

• 유량 측정
• 오리피스 미터
• 터빈계량기
• 초음파유량계
• 코리올리스 미터
• 유체 역학
• 습식 가스
• 건식 가스
• 오리피스 판
• 질량유량계
• 질량유량
• 부피 유량

참조

참고 문헌 목록

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