فلومتر نازلی

فلومترهای نازلی از نوع فلومترهای فشار تفاضلی هستند که مانند انیمیشن بالا، با قرار دادن یک ساختار نازلی شکل در مسیر عبور سیال باعث ایجاد اختلاف فشار در سیال می شوند. فلومتر نازلی برای اندازه گیری فلوی هوا و گازها به کار گرفته می شود. ساختار فلومترهای نازلی ساده و ارزان بوده و در طیف وسیعی از فرایندهای صنعتی کاربرد دارند.

هنگامی که گاز عبوری از داخل یک نازل شتاب بگیرد، سرعت گاز افزایش یافته و فشار و چگالی آن کاهش می یابد. ماکزیمم سرعت سیال، در بخش گلوگاه نازل که کمترین سطح مقطع را دارد اتفاق می افتد و  در آنجا از مقدار 1 ماخ عبور می کند یا به اصطلاح دیوار صوتی را می شکند. در این حالت افزایش نرخ فلو با کم کردن فشار در پایین دست امکان پذیر نبوده و بدین ترتیب مقدار نرخ فلو ثابت می ماند و تغییر نمی کند. این مکانیزم در بسیاری از سیستم های کنترلی برای اندازه گیری مطمئن، دقیق و تکرار پذیر فلوی گازها، بدون تاثیرگذاری فشار قسمت پایین دست به کار گرفته می شود.

عدد ماخ بیانگر نسبت سرعت جریان یک سیال به سرعت صوت در همان سیال است. عدد ماخ یک پارامتر بی‌بعد و بدون یکا است که در آیرودینامیک جریان‌های تراکم‌پذیر دارای اهمیت زیادی است. تعریف ریاضی عدد ماخ به صورت زیر است:

M=V/A

V  :   سرعت جریان گاز

A  :   سرعت صوت در محیط

طراحی های مختلفی برای ساخت فلومترهای نازلی پیشنهاد شده است و البته استانداردهای مختلفی هم برای ساخت این تجهیزات تدوین شده است. به طور مثال یکی از طراحی های استاندارد این فلومترها مطابق شکل زیر بوده که در آن فاصله سنسورهای اندازه گیری فشار از هم دیگر و از گلوگاه نازل به صورت ضرایبی از قطر داخلی مسیر عبور سیال می باشد.

ساختار فلومتر نازلی

مطابق با استاندارد ASME 1971 و ISO 1991 فلوی جرمی و حجمی سیال عبوری از فلومتر نازلی از روابط زیر محاسبه می شود.

P1   :  فشار سیال در بخش گلوگاه نازل
P2 :  فشار سیال در مسیر عبور (قبل از نازل)
𝜌 :  چگالی سیال
Qm :  فلوی جرمی سیال
Qv :  فلوی حجمی سیال
At :  سطح مقطع داخلی گلوگاه نازل
d :  قطر  داخلی گلوگاه نازل
D :  قطر  داخلی مسیر عبور سیال