Phương pháp đo đạc profile vận tốc dòng chảy sử dụng sóng trên âm.

Phương pháp đo đạc tiên tiến cho phép xác định profile vận tốc tức thời của máy đo lưu lượng dòng chảy chất lỏng không nhất thiết trong suốt. Đồng thời đo đạc có thể được thực hiện trong các miền không nhìn thấy.

Một phương pháp không can thiệp cho phép thực hiện quan trắc hay đo đạc trong các hệ thống dòng chảy công nghiệp đang vận hành, trong các điều kiện khắc nghiệt của môi trường như nhiệt độ, áp suất …. Dựa trên profile vận tốc chất lỏng, máy đo lưu lượng dòng chảy có thể được tính toán với độ chính xác cao cho phép nâng cao hiệu suất vận hành các hệ thống sản xuất năng lượng.

Hai phương pháp xử lý tín hiệu phổ biến nhất hiện nay là phương pháp phân tích đa xung và phương pháp phân tích tương quan hai xung.

Phương pháp đo đạc profile vận tốc chất lỏng sử dụng sóng trên âm cho phép đo đạc profile vận tốc dòng chảy dọc theo trục đo đạc (máy đo lưu lượng). Phương pháp này bắt nguồn từ phương pháp đo đạc vận tốc máu trong cơ thể sử dụng sóng trên âm . Uu điểm của phương pháp này so với các phương pháp đo đạc vận tốc truyền thống. Phương pháp này là phương pháp không can thiệp, không ảnh hưởng đến dòng chảy, và có thể áp dụng cho các chất lỏng tùy ý (trong suốt hoặc đục) và trong các biên không trong suốt. Nó cho phép xác định profile vận tốc tức thời của dòng chảy ngay trong khi tiến hành đo đạc. Đầu đo siêu âm (còn gọi là ultrasonic transducer hay TDX) và hệ thống thiết bị kèm theo có thiết kế nhỏ gọn. Vì vậy phương pháp đo đạc này đặc biệt thích hợp với các hệ thống có sẵn đang vận hành trong các điều kiện khắc nghiệt về nhiệt độ, áp suất v.v. mà không cần phải thay đổi hệ thống ống hay dừng vận hành. Ngoài ra phương pháp này cho kết quả có độ phân giải cao về không gian và thời gian. Vì thế nó còn thích hợp cho việc nghiên cứu các hiện tượng thủy nhiệt động lực học không dừng.

Sự phát triển của các phương pháp đo đạc, chẩn đoán sử dụng sóng trên âm trong lĩnh vực y tế đã diễn ra mạnh mẽ trong vài thập kỷ vừa qua. Về mặt nguyên lý có hai phương pháp phổ biến để xác định vận tốc chất lỏng sử dụng sóng trên âm. Phương pháp thứ nhất là phương pháp đa xung. Phương pháp này xác định sự thay đổi tần số của sóng trên âm phát ra so với tần số của sóng trên âm phản xạ về từ chất lỏng do ảnh hưởng của vận tốc dòng chảy và từ đó xác định vận tốc của dòng chảy. Phương pháp thứ hai là phương pháp phân tích tương quan tín hiệu thu về từ dòng chảy từ đó xác định được khoảng dịch chuyển của chất lỏng trong khoảng thời gian giữa hai xung. Từ đó vận tốc dòng chảy cũng được xác định.

Thực tế về kết quả đo đạc thực nghiệm hệ thống thí nghiệm

Lưu lượng dòng chảy trong ống nghiên cứu được điều chỉnh sử dụng một van kim ở đầu ra của ống. Hai bể (trên cao và bể sàn) có trang bị các gờ tràn để đảm bảo duy trì chênh lệch mực độ nước giữa hai bể luôn là hằng số. Hệ thống này có thể được sử dụng trong nghiên cứu đo đạc dòng chảy một và hai pha. Trong trường hợp nghiên cứu dòng chảy bọt hai pha ngược chiều, một hệ thống tạo bọt được trang bị ở phần cuối của ống cung cấp bọt vào ống. Bọt khí sẽ chuyển động ngược chiều với chiều dòng chảy chất lỏng cũng dưới tác dụng của trọng trường. Nhiều chế độ dòng chảy khác nhau có thể được tạo ra tùy thuộc vào lưu lượng khí cung cấp và lưu lượng dòng chảy chất lỏng trong ống máy đo lưu lượng .

Đây là thí nghiệm đo đạc dòng chảy tuần hoàn từ trên xuống trong ống đứng dưới tác dụng của trọng trường và sử dụng bơm tuần hoàn. Vật liệu ống đo đạc là nhựa. Đường kính trong của ống D=50mm. Thành ống dầy 5mm. Chất lỏng được sử dụng là nước máy. Chiều dài ống đo đạc 3m. Vị trí đo đạc 240D.

Lưu lượng dòng chảy trong ống được xác định bằng một thiết bị khác đo lưu lượng và cũng sử dụng sóng trên âm. Thiết bị này là một thiết bị thương mại (KATflow 200, KATronic Technologies Ltd., UK). Phương pháp đo đạc được sử dụng là phương pháp tương quan xác định thời gian truyền sóng âm xuôi và ngược chiều dòng chảy máy đo lưu lượng. Vận tốc trung bình của dòng chảy trong ống tại một mặt cắt nơi lắp đặt đầu đo được xác định. Từ đó lưu lượng dòng chảy được xác định. Đây cũng là một thiết bị đo lưu lượng thương mại sử dụng sóng trên âm độ chính xác cao. Tuy nhiên vận tốc đo đạc được là giá trị trung bình.

Phương pháp đo đạc profile vận tốc chất lỏng sử dụng sóng trên âm UVP đã được trình bày. Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp đo điểm truyền thống (chỉ cho kết quả tại một điểm) hoặc các phương pháp quang học (cần cửa sổ quan sát trong suốt để quan sát dòng chảy). Đồng thời phương pháp này có thể áp dụng cho đo đạc trong các hệ thống công nghiệp đang vận hành mà không cần can thiệp hay có bất kỳ thay đổi nào đối với hệ thống ống dẫn, dòng chảy. Phương pháp này có thể áp dụng trong các điều kiện khắc nghiệt về nhiệt độ, áp suất v.v.

Sử dụng profile vận tốc đo lưu lượng dòng chảy được tính toán với độ chính xác cao (cỡ 1%). Điều này cho phép giảm độ bất định trong vận hành các hệ thống công nghiệp (như năng lượng, dầu khí v.v.) với độ ổn định và chính xác cao, góp phần nâng cao hiệu suất và tiết kiệm chi phí. Điều đó cho thấy triển vọng phát triển và ứng dụng các hệ thống đo đạc UVP ở nước ta hiện nay.

Phương pháp đo đạc profile vận tốc dòng chảy sử dụng sóng trên âm.

Phương pháp đo đạc profile vận tốc dòng chảy sử dụng sóng trên âm.

Hai phương pháp xử lý tín hiệu phổ biến nhất hiện nay là phương pháp phân tích đa xung và phương pháp phân tích tương quan hai xung.

Thực tế về kết quả đo đạc thực nghiệm hệ thống thí nghiệm

Xem thêm : Khái niệm cơ bản về lưu lượng và các phép đo lưu lượng