drukval door een beperkingsschijf - choking flow

Moderator: physicalattraction

Reageer
Berichten: 278

drukval door een beperkingsschijf - choking flow

Beste,
 
Ik vraag me hetvolgende af: Stel ik heb een opstelling waarbij de voordruk bij een beperkinggschijf (P1) gekend is. Ook P2 is gekend. Het is namelijk een leiding die eindigt in de gasatmosfeer van een tank, dus P2= ongeveer 1 bar ( de dampdruk van de vloeistof in de tank bij de opslagtemperatuur).
Stel dat ik wil berekenen hoeveel vloeistof er door de beperkingsschijf stroomt met een drukverschil P1-P2, maar dat dit drukverschil groter is dan het kritisch drukverschil.
Stel P1-P2 = 20 bar en het kritisch drukverschil is 16 bar.
Dit wil zeggen dat de vloeistof "choked" en dat er dus niet meer debiet door de schijf gaat, ookal verlaag je P2. Ik vraag me af wat de druk P* dan is?
 
Enerzijds wordt P* bepaald door het drukverlies of de leiding na de beperkingsschijf en de tankdruk P2, vermits in dit deel van de leiding Bernouilli geldig moet zijn.
Anderzijds zou ik denken dat P* = P1-kritisch drukverschil over de schijf, dus 5 bar. Maar dit is dan misschien een te hoge druk om bij het choking flow debiet P2 aan de uitgang van de leiding te hebben.
 
Ik ben dus in de war over de drukken die zich zullen ontwikkelen, want het systeem moet uiteraard in evenwicht zijn.
Aangezien je bij choked flow het debiet niet meer kan vergroten door de tegendruk P2 naar omlaag te brengen, heb je bij deze condities dus voor éénzelfde debiet namelijk meerdere drukvallen over de schijf die steeds groter zijn dan het kritisch drukverschil? Dit lijkt me niet te kloppen, bij één debiet over dezelfde schijf, kan toch maar één drukval overeenkomen?
 
 
Bijlagen
schijf.jpg
schijf.jpg (5.55 KiB) 1118 keer bekeken

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.386

Re: drukval door een beperkingsschijf - choking flow

.... en het kritisch drukverschil is 16 bar.
Hoe kom je aan die 16 bar?
Over welke vloeistof gaat dit, en bij welke temperatuur?
 
Voor stroming van gas door een restrictie is er een kritische drukverschil (ruwweg in de orde van de halve voordruk, exacte waarde afhankelijk van Cp/Cv). Maar dat is niet zo voor vloeistof.

Berichten: 278

Re: drukval door een beperkingsschijf - choking flow

Het gaat over vloeibaar propaan. In een aparte software heb ik de drukval over de schijf berekend. Bij de voordruk P1 en de nadruk P2 krijg ik de waarschuwing dat het choked flow is. De 16bar kritische druk heb ik nu als fictief getal gegeven omdat ik de echte kritische druk niet meer herinner. Dus als het bij P1 en nadruk P2 choked flow is, hoe moet ik dan de drukval interpreteren?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.386

Re: drukval door een beperkingsschijf - choking flow

Wat is de temperatuur van die vloeibare propaan bij 20 bar vóór de schijf?
P2= ongeveer 1 bar ( de dampdruk van de vloeistof in de tank bij de opslagtemperatuur).
Wat is dat voor opslagtank waarin blijkbaar vloeibaar propaan bij 1 bar zit?
Stel P1-P2 = 20 bar en het kritisch drukverschil is 16 bar.
De 16bar kritische druk heb ik nu als fictief getal gegeven omdat ik de echte kritische druk niet meer herinner.
Eerst sprak je over een kritisch drukverschil van 16 bar, nu spreek je over een kritische druk van 16 bar. Wat bedoel je nou eigenlijk met kritische druk(verschil)?
 
De kritische druk (einde van de dampdrukcurve) van propaan is overigens 42,5 bar.

Berichten: 278

Re: drukval door een beperkingsschijf - choking flow

Oke sorry voor de onduidelijkheid, hier even alles op een rijtje
 
Het gaat over een opslagtank van een mengsel dat quasi zuiver propaan is + beetje ethaan, butaan. De opslagtemperatuur bedraagt -42°C. Bij deze temperatuur is de dampdruk +- 1 bara.
Propaan wordt in de tank omgewalst door een dompelpomp. De omwalsleiding komt bovenaan in de tank. Deze eindigt in de gasatmosfeer en is niet ondergedompeld in de vloeistof. Vandaar is de druk P2 = +- 1 bara (dampdruk van propaan bij de opslagtemperatuur -42°C + enkele millibars overdruk).
 
Ik vraag me hetvolgende af:
 
1) De druk P2 (het punt waar de omwalsleiding in de gasatmosfeer van de tank eindigt) is gelijk aan de dampdruk bij de opslagtemperatuur (warmteinput van de pomp + warmteverliezen over de leiding verwaarlozen). Vermits de omwalsleiding van boven de tank ingaat, is rekening houdend met statische hoogte de druk in de leiding boven het eindpunt (bv. P*) dan toch steeds < P2 (densiteit*g*hoogteverschil). Wil dit zeggen dat er dan altijd damp is in de leiding boven het punt waar de leiding in de gasatmosfeer eindigt?
2). De stagnation druk is gelijk aan de som van de statische druk + druk gerelateerd aan snelheid (https://en.wikipedia.org/wiki/Stagnation_pressure). De snelheid van het propaan in de leiding is redelijk groot +- 4-5 m/s (normaal is de richtlijn voor vloeistoffen 1-3 m/s). Hierdoor is de stagnation pressure wat groter dan de statische druk in de omwalsleiding. Zoals ik in punt 1 vroeg, dacht ik dat er dus damp in de leiding is boven punt 2, vermits door statische hoogte de statische drukken in de leiding boven punt 2 < P2 = dampdruk. Maar door de hoge snelheid zijn de stagnation drukken wel > statische P2 = dampdruk. Om damp te vormen, moet je dan de stagnation druk of de statische druk vergelijken met de dampspanning bij de opslagtemperatuur?
3) Nu de oorspronkelijke vraag (met een fictief voorbeeld omdat ik me exacte getallen niet meer herinner): De dompelpomp geeft bovenaan de omwalsleiding een voordruk P1= +- 21 bar. De nadruk is P*. Ik vermoed dat P* niet zo veel van P2 zal verschillen (er zit nog 10m leiding tussen met een hoogteverschil van 8m). Indien ik in de software voor de beperkingsschijf een voordruk P1 en een nadruk P2 aanleg (eerste benadering), krijg ik de waarschuwing dat het drukverschil P1-P2=20 bar, groter is dan het kritisch drukverschil = 16 bar.  Ik krijg de waarschuwing dat er choked flow is, m.a.w. in de vena contracta wordt de dampdruk van propaan bereikt bij de opslagtemperatuur. Bij een voordruk P1 gaat er maximaal 40 m³/h propaan door de schijf bij choking condities.
--> Wat is dan de druk P*? Is deze dan P1-kritische drukverschil = dus 5 bar?
--> Als P* gelijk zou zijn aan 5 bar, zou ik nog 4 bar drukverlies moeten hebben over de korte leiding tussen P* en P2. En dit is niet realistisch. Dus hoe bepaal ik P* als ik ook moet voldoen aan het evenwicht drukverlies in de leiding tussen P* en P2?
--> Kan het dat de druk ter hoogte van punt 2 (=uitlaat van de omwalsleiding in de tank) groter is dan de tankdruk, bv. 3 bar (dus 1 bar drukverlies tussen P* en punt 2). En dat de vloeistof dan vlak aan de uitlaat ontspant naar de tankdruk van 1 bar?
 
Ik hoop dat ik het heb kunnen verduidelijken en dat jullie me hier wat mee kunnen verder helpen om mij dit te doen begrijpen wat er in de leiding gebeurt.
Alvast bedankt

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.386

Re: drukval door een beperkingsschijf - choking flow

Het is me nog steeds niet erg duidelijk.....
Kun je een tekening (simpele handschets) van het systeem met afmetingen en vooral hoogteverschillen. Zoals: wat is de positie van de schijf t.o.v. vloeistofniveau in de tank.
 
Ook is me niet duidelijk waarom je je hier druk over maakt. Is dit een opdracht? Een praktijkprobleem? Of wat?
 
Een restrictieschijf (RO) wordt gewoonlijk alleen gebruikt om een zeer ruwe stromingshoeveelheid te verkrijgen, waarvan de exacte hoeveelheid niet echt belangrijk is. Om een exact debiet te verkrijgen heb je toch echt een regelklep aangestuurd door een FC nodig.
 
Wie meent dat hij de diameter van een RO exact kan bepalen om een exact debiet te verkrijgen is naïef. Ja, ik weet het, er lopen tegenwoordig heel wat naïevelingen rond, zelfs met vele jaren ervaring. Komt mede door de prachtige windows software die we tegenwoordig ter beschikking hebben. Dat daar vaak niet meer dan een simpel en erg onnauwkeurig formuletje achter zit weet vrijwel niemand. Als jouw software beweert dat er 40 m3/h door jouw RO gaat dan zal het in de praktijk wel iets tussen de 30 en 50 m3/h zijn. Als dat OK is dan kun je een RO gebruiken, anders moet je een regelklep gebruiken. Een RO is geen goedkope vervanging voor een regelklep, en al helemaal niet als er choking optreedt.

Reageer