VÁROSI VÍZGŐZHÁLÓZAT IDENTIFIKÁCIÓJA Doktori (PhD) értekezés dr. Szakonyi Lajos VÁROSI VÍZGŐZHÁLÓZAT IDENTIFIKÁCIÓJA Doktori (PhD) értekezés Pannon Egyetem Vegyészmérnöki Doktori Iskola Veszprém 2009

ELŐZMÉNYEK, CÉLKITŰZÉSEK, EREDMÉNYEK, MEGVALÓSULT OBJEKTUMOK A kutatás bázisrendszere: 13 km hosszúságú, DN50… DN450 névleges átmérőjű városi vízgőzhálózat ~130 ezer tonna vízgőz/év. Megelőző, GVOP projektmunka célja új információs és kommunikációs technológiák regionális hasznosításával: a hálózatidentifikáció elvégzését, az energiaelosztás ellenőrzését biztosító monitoring rendszer; az anyag- és energiaáram hálózat modelljeként, változó „forrásokkal”, ellenállásokkal, fogyasztóhelyekkel működtethető szimulációs rendszer; a változó topológiák, üzemállapotok követésére alkalmas üzemviteli programcsomag; a felügyeleti (intelligens monitoring) rendszer és a hálózati modellekhez illesztett irányítási stratégia. Jelenleg a fogyasztóhelyen a szűkítőelemes áramlás-mérőhelyhez csatlakoztatott nyomáskülönbség távadók nyomás-, illetve hőmérsékletkorrekciója túlhevített vízgőz állapotjellemzői alapján. A gőzfogyasztások jelentős visszaesésével a fogyasztói végeken jellemző a telített (nedves) vízgőz állapot, ez indokolná a mért értékek módosítását.

A városi vízgőzhálózat műszerezési vázlata

A mérési adatok továbbítása bérelt telefon-vonalakon, GSM alapú adatátviteli rendszeren. Ideiglenesen felszerelt terepi készülékek rádiós (mobil) adatátvitellel kommunikálnak a létrehozott felügyeleti központtal. A megvalósított kísérleti infokommunikációs rendszer

A Nyugati részhálózat térinformatikai vázlata A hálózat felmérése, vizsgálata, művelettani modellezése bontása, szimulációja indokolta a térinformatikai háttérbázis létrehozását, meglétét.

A disszertáció fő célkitűzései: az áramló közeg állapotjellemzőinek (nedvességtartalom, sűrűség, hőátadási tényező, nyírófeszültség, kondenzfilm-vastagság, fázisok térkitöltése, haladási sebessége stb.) becslésére szolgáló számítási módszerek kidolgozása; a kétfázisú áramlás minősítésére, az áramlási formák jellemzésére alkalmas mérési módszerek, mérőeszközök és számítási módszerek kifejlesztése, gyakorlati hasznosítása; a regionális vízgőzhálózat elemekre bontása, az elemekre és a teljes hálózatra vonatkozó matematikai modellek felállítása, modellszimuláció; a topológiai és üzemviteli adatok feldolgozását, meghatározását és megjelenítését biztosító adat-integrált szoftverrendszer létrehozásához, a modellparaméterek becsléséhez és a modellellenőrzéshez szükséges identifikációs mérések megtervezése, kivitelezése.

A kutatás konkrét eredménye: új mérési, számítási módszerek és technikák (vízgőzkondenzátorként funkcionáló, akusztikus elvű, fázis- és sebességeloszlás követésére szolgáló speciális áramlásmérők tervezése, hasznosítása a tömeg- és az energiamérlegek felállításánál), új regionális infokommunikációs technológia (a vízgőzhálózat mobil távadatátviteli, adatgyűjtő és feldolgozó rendszere), a topológiai megjelenítés mellett az áramlástani, hőátviteli modellezésre alkalmas szoftverrendszer létrehozása.

TEVÉKENYSÉGEK, AZ ALKALMAZOTT VIZSGÁLATI / KÍSÉRLETI MÓDSZEREK ÖSSZEFOGLALÁSA Az üzemvitelt ellenőrző mérések pontatlansága, energiaáramok követhetősége a hálózat áramlástani és hőátviteli modelljének kialakítását, új mérési, számítási módszerek és technikák kifejlesztését indokolta. Irányított beavatkozások vizsgálata

Szakirodalmi feldolgozás a folyamatidentifikációs feladatok és lehetőségek (aktív kísérletek, ellenőrzött energiaáram mérések, speciális érzékelők, adatgyűjtő és adatfeldolgozó eszközök kifejlesztésének szükségessége) elemzése, a folytonossági és megmaradási törvények egyes, mikrofolyamatokat formalizáló tagjainak értelmezése, a kétfázisú áramlás áramlási formáinak minősítésével és rendszerezésével foglalkozó publikációk alkalmazhatósága. A kísérleti (vizsgálati) rész A vízgőzhálózat bontása, modellparaméterek rendszerezése bontással nyert berendezésekre (túlhevített, ill. nedves vízgőz szállítására szolgáló ágak, kondenzleválasztók) és berendezéselemekre (hidraulikai ellenállások, nyelők) először az áramlástani, hőátviteli makrofolyamatok fenomenologikus összefüggéseinek alkalmazása. a fázisváltozás mikrofolyamatainak elemzése (két fázis egyidejű jelenléte indokolta), az egyes fázisjellemzők közötti kapcsolatok formális leírása. A levezetett összefüggések, a vízgőzhálózati modellegyenletek szimulációs futtatásainak igazolása identifikációs mérések megvalósítását tette szükségessé.

A vízgőzhálózat elemekre bontása

Identifikációs mérések a modellalkotás folyamatában egyedi tervezéssel és kivitelezéssel megvalósított speciális érzékelők, a mobil adatátvitelt, a mérésadatgyűjtést és –feldolgozást biztosító infokommunikációs rendszer tervezése és vízgőzhálózatra telepítése; a hagyományos üzemi áramlásmérőkkel szolgáltatott mérési adatok korrekciója; a jellegzetes üzemállapotokban elvégzett kísérletek megtervezése; a kifejlesztett mérőberendezések üzemi körülmények között végzett kalibrálása; a vízgőzhálózat energetikai jellemzése. A szimulációs futtatások és az identifikációs mérések kiértékelése bizonyította: a gőzkiadás és a gőzfelhasználás között kimutatott, éves szinten ~ 52 %-os tömegáram (hőáram) különbözetből mintegy 20 % a kondenzleválasztók-nál a környezetbe hasznosítatlanul eltávozó kondenzveszteség, ~ 30 % a pontatlan gőzáram mérés.

Állapotjellemzők a gerincvezetékről a kondenzleválasztókig vezető leágazásoknál

Tömegmérleg a Nyugati részhálózatra

A nagyfogyasztóknál kialakított méréstechnikai, műszertechnikai háttér az alábbi üzemviteli tényezők: az erősen lecsökkent fogyasztószám és vízgőzigény, a tervezett és lehetséges kapacitásánál jóval alacsonyabb kihasználással működő vízgőzhálózat üzemvitele, a tartós szaturációs állapot kialakulása miatt nem alkalmas a telített vízgőz állapotváltozásának, a nedves, változó nedvességtartalmú vízgőz minőségének követésére. Indokolt: a kétfázisú áramlás nyomon követésére is alkalmas mérések elvégzése; a fogyasztók számára jutatott vízgőz minőségét jellemző felügyeleti rendszer létrehozása; az identifikációs vizsgálatokhoz kidolgozott mérési, számítási módszerek és technikák üzemviteli célú hasznosítása.

A felügyeleti rendszer műszaki és módszertani háttere Az erőműnek nem lehet elsődleges szempont a sugaras szerkezetű, részhálózatonként egy betáplálási hellyel rendelkező regionális gőzhálózat egyes végpontjain az állandó vízgőzminőség biztosítása, ha a vízgőzkiadásoknál telepítettek a nyomásszabályozási körök érzékelő és beavatkozó szervei. A vízgőzhálózati veszteségek követése, az állapotjellemzők üzemközbeni korrekt meghatározása a megbízható, az esetleges kétfázisú áramlás és a kondenzveszteségek nyomonkövetésére is alkalmas érzékelők beépítését, infokommunikációs rendszer működtetését, s az előbbiekkel megvalósított üzemvitelt igényli. A kétfázisú áramlás jellemzésére kifejlesztett mérőrendszer, s a kidolgozott mérési és számítási módszer a kialakítandó felügyeleti rendszer műszaki és módszertani háttereként szolgált (gyakorlati megvalósítás az egyik nagyfogyasztó hőközpontjában). Lehetővé vált a mérési eredmények kiértékelésével – homogén, ill. szlip modellt feltételezve – többek között a fázisok térkitöltésének, helyi és átlagos sebességének, tömegáramának követése.

1 – Mbej; 2 – Mmpkij; 3 – MPkij; 4, 5, 6, 7, 8 - Mkli csomópont Pitot-cső elvű áramlásmérő j.ág 1 6 7 8 5 4 2 3 P T kondenzleválasztók leágazásai kondenzátorként működtetett térfogatmérőkkel és akusztikus elvű tömegárammérőkkel számított tömegáram mérőperemes áramlásmérő Mérő- érzékelők elhelyezése felügyeleti rendszer kialakításához

A felügyeleti rendszer elemei: az áramlás jellegéről információt nyújtó - több, egymástól függetlenül kivezetett, Pitot-cső elven működő dinamikus nyomásmérő beépítése minden nagyfogyasztónál (a mérőszakaszokon egy-egy nyomáskülönbség távadóhoz csatlakoztatva); a kondenzleválasztók működésének akusztikus ellenőrzése (a kiáramló gőz és víz által keltett zaj alapján meghatározható a nyitás periódusideje és a nyitás időtartama; az adatokat elektronikusan tárolva, s a helyszínen kiolvasva, vagy a GSM hálózatban továbbítva követhető a kondenzáramok alakulása). A beépítésre javasolt mérő-, adatgyűjtő- és adatfeldolgozó eszközök, s a Honeywell felügyeleti keretrendszer az identifikációs mérések idején beüzemelve és működtetve.

A felügyeleti rendszer létrehozásának előfeltételei: a kifejlesztett számítógépes modellek futtatásával változó üzemállapotok (változó energiafeladás, topológia és ellenállásviszonyok) szimulálása; a vízgőzhálózat egyes ágaiban (valamennyi nagyfogyasztói végpont és a gerincvezetékről való leágazás csomópontja közötti ágon) a jelenlegi áramlásmérőhelyek közelében a csőszelvényben kialakult sebességeloszlás meghatározása helyi dinamikus nyomásmérés elvén, valamennyi, a gerincvezetékről leágazó ágban telepített kondenzleválasztó távozó tömegáramának mérése; a meglévő és a javasolt mérőhelyeken mért adatok mobil kommunikációval történő továbbítása a felügyeleti rendszerhez; a kétfázisú áramlás minősítésére és számítására szolgáló módszerek és összefüggések algoritmizálása.

TÉZISEK 1. tézis. A fázisváltozás mikrofolyamatait jellemző összefüggések felállítása A Nusselt féle modellből kindulva (folyadékelemre a súlyerő falirányú összete-vője és a falirányú súrlódási erő eredője), a függőleges falat egy gör-bült felülettel (vízszintes csőszakasz belső félpalástjával) helyette-sítve a függőleges falon történő kondenzálódás modelljének kiter-jesztése zárt csővezetékben történő kondenzálódásra. A palástelemeken elhelyezkedő folyadékelemekre az erőegyensúly megadásá-val a differenciálegyenlet rögzített feltételekkel történő megoldása a folyadék ívérintő irányú sebességére szolgáltat összefüggést. A csőfalon lecsurgó folyadék haladási sebessége, az általa kitöltött kereszt-metszet és a folyadéksűrűség szorzata a kondenzátum tömegáramát szolgáltatja. Az integrálásokat palástelemenként elvégezve, a keletkező tömegáramok összegzése a film kezdetétől adott ívhossznyi távolságban haladó kondenzáramot határozza meg (a vízszintes csőszakasz felső és alsó alkotója között a folyadékfilm rétegvastagságának fokozatos növekedése számítható).

Kondenzáció vízszintes csővezetékben

Tetszőleges folyadékelemre a súlyerő falirányú összetevője, s a falirányú súrlódási erő (előbbiek tartanak egyensúlyt a folyadékrészecske gyorsulásából adódó, esetünkben zérusnak feltételezett tehetetlenségi erővel): ahol - folyadéksűrűség [kg/m3] , x, r, x j - ívérintő, sugárirányú, hosszmenti helykoordináta [m], - a folyadékelemek között fellépő nyírófeszültség [kg/s2m]. A nyírófeszültség sugárirányú változása: ahol - a folyadék dinamikai viszkozitása [kg/ms] , f - a folyadék kinematikai viszkozitása [m2/s], ux - a folyadék ívérintő irányú sebessége [m/s], r - a sugárirányú helykoordináta [m].

A folyadékfilm sebességével kapcsolatos differenciálegyenlet: Feltételezések (minden palástelem esetén a belső csőfal mellett a folyadék-sebesség, a gőzzel érintkező filmfelületben a nyírófeszültség, s ezzel az x ívérintő irányú sebesség-összetevők sugárirányban vett differenciál-hánya-dosa, a viszkozitás hőmérsékletfüggése zérus) a differenciál-egyenlet megoldásaként egy – a függőleges síkkal szöget bezáró – palástelemre: ahol r - a filmréteg sugárirányba eső vastagsága [m]. Az ívhosszon lecsurgó közegmennyiség az i-edik ferde felületű palástelemre:

Az integrálásokat palástelemenként elvégezve a 0 ≤ r ≤ r közötti tartomány-ban, a csőszakasz kerületének fokonkénti felosztásával nyert palástelemek cos ψi –jével számolva, s a palástelemenként keletkező tömegáramokat összegezve, az egységnyi hosszúságú csőszakasz esetén a film kezde-tétől az egyik palástfélen ívhossznyi távolságban lefolyt kondenz-mennyiségre: ahol – egységhosszúságú vízszintes csőszakaszon a palástfélre számított kondenzáram [kg/ms]. A cos ψi értékek átlagaként adódó K=(cos ψ)átl szorzótényező vízszintes cső esetében 0,6366. A tömegáram irányú változása az előbbi összefüggés deriválásával: A kondenzálódás során időegység alatt felszabadult hőmennyiség egye-ző a filmrétegen át a hőelvonó csőfalig vezetéssel haladó hőárammal:

ahol - kondenzáram [kg/ms], ΔH - kondenzációs hő [J/kg], f - a folyadék hővezetési tényezője [W/mK], Tkond - kondenzációs hőmérséklet [K], Tfal - falhőmérséklet [K]. Összevetve az előző összefüggéseket: A filmréteg vastagságára: A hőátadási tényezőre: x=f/r , a r filmvastagság behelyettesítésével: ahol x - a folyadékfilm filmvastagságtól függő hőátadási tényezője [W/m2K].

Az átl= átlagos hőátadási tényező bevezetésével: ahol D – a vízszintes helyzetű cső átmérője [m]. Az átlagos hőátadási tényezőre: Tehát . A mindkét palásfélről lecsurgó kondenz tömegárama: Az x hőátadási tényezőt kifejezve, s figyelembevéve az átlagos hőátadási tényező definiálását: Alkalmazás: kondenzleválasztók minősítése, hálózat energetikai jellemzése, sebességeloszlás számítása, áramlás minősítése.

2. tézis. A kétfázisú áramlás minősítésére szolgáló technikák (mérő-, adatgyűjtő- és adatfeldolgozó eszközök) létrehozása A hőerőműben jelenleg működtetett irányítási rendszerek a nagyfogyasztók számára nem biztosítják az állandó vízgőzminőséget, esetenként a száraz vízgőz vételezésének lehetőségét. A száraz vízgőz mérésére be-állított mérőeszközök csupán tájékoztató tömegáram adatokat szolgál-tatnak a kétfázisú, réteges áramlás kialakulása miatt. Nem ismeretes a vízgőz nedvességtartalma, a fogyasztói hálózatvégeken esetlegesen kialakuló kétfázisú áramlás során az eltérő sebességgel haladó fázisok sebessége és térkitöltése. Megoldás a javasolt, az intelligens monitorozást biztosító felügyeleti rendszer létrehozása. Az identifikációs méréseknél alkalmazott, s egyben az üzemviteli felügyeleti rendszer létrehozásához kívánatos eszközök sorában a hagyományos ipari mérőberendezések mellett döntő jelentőségű az egyedi tervezéssel és kivitelezéssel megvalósított, speciális mérő-érzékelők (a kétfázisú áramlás sebességeloszlásának, a fázisok térkitöltésének követésére, illetve a környezetbe távozó kondenzáramok mérésére alkalmas áramlásmérők) beépítése.

A speciális áramlásérzékelők gyártási és beépítési vázlata

Terepi mérőhely elrendezése és logikai vázlata Speciális áramlásérzékelő telepítése

A Pitot-cső elvű áramlásmérő egyes mérőcsatornáihoz kapcsolódó nagyérzékeny-ségű nyomáskülönbség-távadók kimenetén az irányított beavatkozások folyamán a dinamikus nyomásértékek rögzítése. A tranziensek jól szemléltetik az egyensúlyi helyzetek beállásának időszükségletét. Dinamikus nyomások tranziens lefutása a csőszelvényben

A szabadba távozó kondenzáram mérése az AKL-07 és az AKL-05 jelű kondenzleválasztóknál Akusztikus kondenzmérő-berendezés és ideiglenes telepítése

A gőzvezeték-hálózaton keletkező és a környezetbe kilépő kondenzvíz mérésére kifejlesztett eszköz alkalmas a terepen történő mérésre és adatrögzítésre a zárt kondenzvíz-leválasztó rendszer megbontása nélkül is. A kifejlesztett akusztikus áramlásérzékelő a kondenzleválasztókhoz közeli zárószerelvényhez mereven rögzítve méri a vizsgált rendszerből származó rezgéseket. A kondenzleválasztók két lehetséges állapotát, a nyitott, illetve a zárt helyzetét jellemző akusztikus jelek eltérő amplitudójából meg lehet állapítani, hogy a kondenzvíz-leválasztó edényen keresztül áramlik-e közeg, vagy nem. A nyitott és zárt állapotok időarányának meghatározásával ellenőrizhető a leválasztón távozó kondenzvíz mennyisége. Az akusztikus kondenzáram mérőberendezés kalibrálása valamennyi kondenzle-választónál telepített, vízgőzkondenzátorként működtetett, térfogatmérésen ala-puló köböző berendezéshez, mindkét módszerrel meghatározva a távozó kon-denzvíz mennyiségét. A két eszközzel mért és az ebből számított kondenzvíz térfogat- és tömegáram értékek jó egyezőséget mutattak.

Kondenzáram mérések összevetése

Kondenzáram-mérés térfogatmérés elvén alapuló mérőberendezéssel Kondenzáram-mérés akusztikus elven működő mérőberendezéssel

A tervezett felügyeleti rendszer megvalósítása a javasolt mérő-érzékelők elhelyezését és működtetését, a technológián folyamatosan mért jellemzők mobil adatátvitellel a felügyeleti rendszer központi gépeihez való továbbí-tását feltételezi. Ugyanis a vízgőzhálózat üzemvitelét minősítő korrekt tömegmérleg megadásához szükséges a mérőhelyenkénti közeg-sűrűség ismerete, a kondenzleválasztóknál kilépő anyagáramok, s a fogyasztókhoz juttatott vízgőz áramlási formájának meghatározása. A felügyeleti rendszer elemei együttesen alkotják azt a mérés- és műszer-technikai, metrológia háttérbázist, mely előfeltétele a helyi ellenőrzést, a mobil távadatátvitelt, a központi felügyeletet és adatgyűjtési feladatokat biztosító infokommunikációs rendszer megfelelő működésének.

3. tézis. A kétfázisú áramlás jellemzésére alkalmas mérési és számítási módszerek kidolgozása A fogyasztók számára biztosított vízgőzparaméterek korrekt meghatáro-zásához a 2. tézispontban megnevezett technika alkalmazása, a hálózat üzemellenőrzési pontjainál egyidejű mérések elvégzése és feldolgozá-sa szükséges. A számítási módszer – az erőművi forrásoldalról kiindul-va, s a fogyasztók felé haladva – valamennyi, a gerincvezetékről a nagy-fogyasztókig leágazó vezetékszakaszra a mérési eredmények „homogén modell”, valamint „szlip modell” feltételezésével való feldolgozását követi.

Üzemviteli mérések és számítások menete A csomópontok között elhelyezkedő j. ágon az akusztikus elven működő tömegáram számlálókkal mért átlagos tömegáramok összegzett értéke: (1) A korrekt tömegmérleg megadásához szükséges vízgőzsűrűség, kilépő anyagáram, áramlási forma meghatározása - valamennyi ágon az utolsó kondenzleválasztó utáni szakaszon - a szűkítőelemes áramlásmérés mellett (esetenként helyett) a csőszelvény helyi sebességeloszlását tisztázó Pitot-cső elvű áramlásmérők beépítésével biztosítható. A szűkítőelemes – a tömegáramot a mért nyomáson és hőmérsékleten a telített száraz vízgőz sűrűségével számító – áramlásmérővel mért érték: Ezt összevetve az kondenzáramokkal csökkentett , belépő ágárammal - a különbözet, az alábbi tömegárameltérés: (2)

Ez a kondenzálódással járó sűrűségváltozásnak, e sűrűségkorrekció hiányának tulajdonítható. A szűkítőelemes áramlásmérő korrekciós szorzója: (3) Az áramló közeg átlagos sűrűsége: (4) ahol , ill. - a vízgőz, ill. folyadék térfogatáramtörtje; , - vízgőzsűrűség, folyadéksűrűség, átlagos sűrűség [kg/m3]; - a kétfázisú áramlás tömegárama [kg/s]; - a kétfázisú áramlás térfogatárama [m3/s]. A korrekciós szorzó és a (4) összefüggés alapján a térfogatáramtörtek számítására (5)

Az ágat elhagyó tömegáramot tekinthetjük a szűkítőelemes mérés sűrűségkorrekcióval módosított értékének: (6) Ismerve a csővezeték Ac áramlási keresztmetszetét és a számított átlagos sűrűséget, az áramló közeg uk átlagos sebessége: (7) A Pitot-cső elvű speciális mérőeszközzel elvégzett áramlásmérések igazolták, hogy a csőszelvényben többnyire elkülönülten, jelentős sebességkülönb-séggel áramlik a folyadék- és a gőzfázis. Az egyes fázisokra megadott térfogatáramtörtek: ; (8) a különböző sebességgel áramló fázisok térkitöltésére nem adnak felvilágosítást.

A vízszintes helyzetű csővezetékben kialakított mérőhelyeken a kondenzátum elhelyezkedése: A vízszintes mérőszakasz csőszelvényének kitüntetett (szabvány által meghatározott) pontjaiban mért dinamikus nyomásokból a helyi sebességek az alábbi összefüggéssel számíthatók: ; (9)

A körszelvény azonos területű részszelvényeit jellemző helyi vízgőzsebessé-gek alapján számítható a vízgőz átlagos axiális sebessége: (10) ahol ugi - az m számú (min. 3, max. 6) helyi vízgőzsebesség számtani átlagaként nyert érték [m/s]; m - a szabványos mérőhelyek száma. A (6) és (5) összefüggésekből határozható meg a kétfázisú áramlás térfogatárama. E térfogatáramot a (8) összefüggésekkel jellemzett térfogatáramtörtekkel beszorozva kapjuk meg az egyes fázisok térfogatáramát: (11) Az egyes fázisok térfogatáramának és sűrűségének ismeretében nyert tömegáramok: ; ; (12) ; ;

Az ágat elhagyó tömegáramból a (11) és a (12) összefüggések alkalmazásával nyert vízgőz tömegáramnál nem lehet nagyobb a dinamikus nyomásmérésen alapuló speciális áramlásmérővel mért, s az alábbiak szerint számított tömegáram: (13) ahol ug - a helyi dinamikus nyomásokból számított átlagos vízgőzsebesség [m/s]; m - a ténylegesen vízgőzáramot mérő szabványos mérési pontok száma (min. 3, max. 6); AF - a kondenzfilm (filmgyűrű) szelvénye [m2]; - a maximális, de megfelelő számú mérési pontok átlagaként számolt vízgőz tömegáram [kg/s]; - az ág távozó vízgőz össztömegárama [kg/s]. Amennyiben a szabványosan rögzített pontokban a dinamikus nyomásból vízgőzáramlásra következtethetünk, e pontok száma legalább 3, ill. legfeljebb 6 lehet, hogy a pontokhoz tartozó gőzsebességek számtani átlagaként nyert ug átlagos gőzsebességgel számolt tömegáram az előbbi egyenlőtlenségnek eleget tegyen. A (7) összefüggésnek megfelelően ellenőrízhető az uk átlagos sebesség az alábbiak szerint: (14)

A vízgőz ug átlagos sebességét a (10), a térfogatáramát a (11) összefüggés szerint meghatározva számítható a speciális áramlásmérő beépítési helyén a csőszelvényben a vízgőz által elfoglalt keresztmetszet: (15) A folyadék által elfoglalt Af csőszelvény: (16) Az egységnyi hosszúságú áramlási csatorna által meghatározott térfogatelemet tekintve, az előbbiek alapján számíthatók a térfogattörtek: ; (17)

A tömegáramtörtek a (12) összefüggés alapján értelmezhetők: ; (18) Az egyes ágak végső szakaszán beépített speciális áramlásmérőknél a (16) összefüggés szerint meghatározva a Af folyadékszelvény értékét, a (11) képlettel számított folyadék térfogatáram ismeretében a folyadékfázis uf átlagos haladási sebessége réteges áramlás esetén: (19)

A szűkítőelemes és a dinamikus nyomás mérésén alapuló áramlásmérők összevetése (sebességmérés „homogén modell” feltételezésével)

A szűkítőelemes és a dinamikus nyomás mérésén alapuló áramlásmérőkkel mért tömegáramok jó egyezőséget mutatnak, amennyiben feltételezhetjük, hogy az áramlási csatornában homogén fluidum áramlik, s a két fázis tulajdonságaiból átlagos értékeket hozhatunk létre. A kétfázisú áramlás e homogén modellel való leképezése úgy értelmezhető, hogy a légnemű és a folyadék fázis azonos sebességgel áramlik, , ill. . Az előző táblázatban összefoglalt számítási adatokból elkészített sebesség-eloszlást az ábrán tüntettem fel (homogén modell feltételezésével).

Mérési eredmények feldolgozása és kiértékelése „szlip modell” feltételezésével A kis sebességekkel, nagy hidraulikai ellenállásokkal működtetett vízgőzhálózat fogyasztói oldalát elsősorban a kétfázisú áramlás réteges áramlási formája jellemezte. A két fázis egymástól elkülönülő áramlásának jellemzéséhez alapvetően szükséges az egyes fázisok térkitöltésének ismerete, a térfogattörtek méréssel történő meghatározása. Induljunk ki az előző táblázatban rögzített értékekből, elfogadva az átlagos sűrűségek, a térfogatáramtörtek, az átlagos sebességek, a Pitot-cső elvű áramlásmérővel meghatározott és a mérőperemmel mért, majd a korrekciós szorzóval korrigált tömegáramok értékeit (utóbbiak mérőperemmel nem rendelkező ágak esetében helyettesíthetők az ág tömegmérlegből számított belépő árama és összegzett kondenzárama különbségeként). A (9) összefüggés mintájára a homogén modell esetén a képletbe történő be-helyettesítés az átlagos sűrűséggel és a Pitot-csővel mért dinamikus nyomá-sokkal történt. A „szlip modell” feltevéssel most ez a vízgőzsűrűséggel valósul meg. Az így feltételezett és számított vízgőzsebességeket, valamint a meg-felelő számú (m=3,4,5,6 a (10) képlet szerint) mérési pont figyelembevételé-vel nyert gőzsebesség-átlagokat, az ebből számított vízgőz tömegáramokat a következő táblázatban tüntettem fel.

Kétfázisú áramlás áramlási jellemzőinek „szlip modell” feltételezésével számított értékei

Az Af folyadékszelvény-felületekből a kondenzátum vízszintes csőszakaszban való elhelyezkedésére lehet következtetni. A folyadék által elfoglalt Asz körszelet-szelvény területének meghatározása: (20) ahol r - a csővezeték átlagos kondenzfilm-vastagsággal csökkentett belső sugara [m]; - középponti szög [º]. A speciális áramlásmérővel mért, s az ismertetett módszerrel számított sebességeloszlás (lásd következő ábra) alapján a vízgőz átlagos nedvességtartalmának növekedésével a csatornaszelvény belső részein elhelyezkedő mérési pontoknál a dinamikus nyomások növekedése (e helyeken száraz vízgőz sűrűségével számolva sebességnövekedés), a csővezeték felső alkotója ill. a folyadékfelszín felé haladva sebességcsökkenés tapasztalható.

Kétfázisú áramlás sebességeloszlása „szlip modell” feltételezésével (D=250mm)