와류 유량계로 측정한 유량을 계산하는 방법은 무엇입니까?

안녕하세요! 저는 Vortex Flowmeters의 공급업체입니다. 오늘은 Vortex Flowmeter로 측정된 유량을 계산하는 방법에 대해 이야기하고 싶습니다. 꽤 멋진 주제인데, 이해하기 쉬운 방식으로 나누어 보겠습니다.

먼저, Vortex Flowmeter가 무엇인지에 대해 조금 이야기해 보겠습니다. Vortex Flowmeter는 파이프 내 유체(액체, 가스 또는 증기)의 유량을 측정하는 데 사용되는 장치입니다. 이는 von Kármán 소용돌이 거리의 원리를 기반으로 작동합니다. 유체가 유로에 위치한 절벽체(비유선형 물체)를 지나 흐를 때, 소용돌이는 절벽체의 양쪽에서 교대로 발생합니다. 이러한 와류 발산의 빈도는 유체의 흐름 속도에 정비례합니다.

이제 유량 계산의 핵심을 살펴보겠습니다. Vortex Flowmeter를 사용하여 유량을 계산하는 기본 공식은 다음과 같습니다.

$Q = f / K$

어디:

• $Q$는 체적 유량(시간당 입방미터, $m^{3}/h$ 또는 분당 갤런, GPM과 같은 단위)입니다.
• $f$는 와류 발산의 빈도입니다(헤르츠, Hz 단위로 측정).
• $K$는 미터 계수(단위 부피당 펄스 단위, 예: 입방 미터당 펄스, $p/m^{3}$)입니다.

미터 계수 $K$는 각 Vortex 유량계에 특정한 교정 상수입니다. 이는 공장에서 교정 과정 중에 결정됩니다. 교정에서는 블러프 본체의 크기, 유동관의 내부 직경 등 유량계의 물리적 특성을 고려합니다.

파이프라인에 와류 유량계가 설치되어 있고 와류 발산 빈도를 측정한다고 가정해 보겠습니다. 이 주파수를 미터 계수로 간단히 나누어 체적 유량을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 와류 발산 빈도 $f = 50$Hz이고 미터 계수 $K = 입방미터당 100$ 펄스인 경우 체적 유량 $Q$는 다음과 같습니다.

$Q=\frac{50}{100}=0.5m^{3}/h$

그러나 항상 그렇게 간단한 것은 아닙니다. 고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다.

온도 및 압력 효과

유체의 밀도는 온도와 압력에 따라 변할 수 있습니다. 가스와 증기의 경우 이는 특히 중요합니다. 밀도가 변하면 체적 유량과 질량 유량 사이의 관계도 변합니다. 이를 설명하려면 유체의 온도와 압력을 측정하고 이상 기체 법칙이나 기타 적절한 방정식을 사용하여 체적 유량을 질량 유량으로 변환해야 할 수도 있습니다.

이상기체 법칙은 다음과 같이 주어진다.

$PV = nRT$

어디:

• $P$는 가스의 압력입니다.
• $V$는 가스의 부피입니다.
• $n$은 기체의 몰수입니다.
• $R$는 이상기체 상수입니다.
• $T$는 가스의 절대 온도입니다.

압력, 온도, 체적유량을 알면 주어진 조건에서 가스의 밀도를 사용하여 질량유량을 계산할 수 있습니다.

점도와 레이놀즈수

유체의 점도 또한 Vortex Flowmeter의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 레이놀즈 수($Re$)는 흐름 체계(층류 또는 난류)를 설명하는 무차원 수량이며 다음과 같이 제공됩니다.

$Re=\frac{\rho vD}{\mu}$

어디:

• $\rho$는 유체의 밀도입니다.
• $v$는 유체의 속도입니다.
• $D$는 파이프의 직경입니다.
• $\mu$는 유체의 동적 점도입니다.

Vortex 유량계는 일반적으로 레이놀즈 수가 특정 값(보통 약 $10^{4}$)보다 높을 때 난류 흐름 영역에서 가장 잘 작동합니다. 레이놀즈 수가 너무 낮으면 와류 발산이 불안정해지고 유량계가 정확한 판독값을 제공하지 못할 수 있습니다.

설치 고려 사항

Vortex 유량계의 설치도 유량 측정의 정확성에 영향을 미칠 수 있습니다. 엘보우, 밸브, 펌프 등의 방해 요소로부터 멀리 떨어진 파이프라인의 직선 구간에 설치해야 합니다. 업스트림 및 다운스트림 직선 요구 사항은 일반적으로 제조업체에서 지정합니다. 예를 들어, 일반적인 요구 사항은 업스트림 직관 직경이 최소 10배이고 유량계 다운스트림 파이프 직경이 5배 이상이어야 합니다.

이제 Vortex Flowmeters에 대한 몇 가지 대안에 대해 이야기해 보겠습니다. Vortex 유량계가 가장 적합하지 않은 상황에서는 다른 유형의 유량계를 고려할 수 있습니다. 예를 들어,LDG 전자기 유량계전도성 유체의 흐름을 측정하는 데 적합합니다. 이는 패러데이의 전자기 유도 법칙을 기반으로 작동합니다. 그리고터빈 유량계또 다른 옵션입니다. 유로에 배치된 터빈 블레이드의 회전수를 계산하여 유량을 측정합니다.

그러나 광범위한 유체(액체, 가스 및 증기)를 다루고 신뢰할 수 있고 정확한 유량 측정이 필요한 경우와류 유량계종종 최고의 선택입니다.

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참고자료

• Richard W. Miller의 "유량 측정 핸드북: 원리 및 실습"
• Vortex 유량계 제조업체 문서