NF X10-112-1977 Measurement of fluid flow in closed conduites velocity area method using pitot static tubes 《密封管道中液体流量的测量 用皮托静压管的速度面积法》.pdf

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1、_ AFNL NF X10-332 77 W 3032372 0377990 4Lb W . Enregistre par dcision du 1977-09-14 NORME FRANAISE ENREGISTREE 0 AFNOR 1977 Droits de reproduction et de traduction rservs pour tous pays. La prsente norme remplace la norme exprimentale de mme indice publie en novembre 1975 MESURE DU DEBIT DES FLUIDES

2、 DANS LES CONDUITES FERMEES METHODE DEXPLORATION DU CHAMP DES VITESSES POUR DES ECOULEMENTS REGULIERS AU MOYEN DE TUBES DE PITOT DOUBLES I NF Ix 10-112 I Septembre 1977 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 1 o. 11. A VA NT- PROPOS La prsente norme est en concordance technique avec la Norme internationale IS0

3、3966. SOMMAIRE GENERALWES PRINCIPE DE LA METHODE DEXPLORATION DU CHAMP DES VITESSES . CONCEPTION DES TUBES DE PITOT CONDITIONS DUTILISATION DES TUBES DE PITOT MISE EN PLACE DU TUBE DE PITOT . CALCUL DE LA VITESSE., DETERMINATION DE LA VITESSE DEBITANTE PAR INTE- GRATION GRAPHIQUE DU CHAMP DES VITESS

4、ES . DETERMINATION DE LA VITESSE DEBITANTE PAR INTE- GRATION NUMERIQUE DU CHAMP DES VITESSES. . DETERMINATION DE LA VITESSE DEBITANTE PAR LES M THODES ARITH METIQU ES . CORRECTIONS SUR LA MESURE DE LA VITESSE LOCALE . ERREURS . ANNEXE A : EXEMPLES DE TUBES DE PITOT. ANNEXE B : CORRECTION DE POSITION

5、 APPORTER LORS DUN MESURAGE EN ECOULEMENT COMPORTANT UN GRADIENT DE VITESSE . ANNEXE C : ETUDE CONCERNANT LA CORRECTION DE TUR- BULENCE . ANNEXE D : AMORTISSEMENT DES MANOMETRES ANNEXE E : MESURES EFFECTUES A LAIDE DUN TUBE DE PITOT DANS UN FLUIDE COMPRESSIBLE ANNEXE F : DETERMINATION DU COEFFICIENT

6、 m POUR LEXTRA- POLATION AU VOISINAGE DE LA PAROI . ANNEXE G : EXEMPLE DE CALCUL DE LERREUR-LIMITE SUR LA MESURE DU DEBIT LAIDE DE TUBES DE PITOT . Page 2 3 6 7 10 10 12 15 17 20 24 30 35 37 39 40 44 45 Imprimerie Nouvelle - Orlans NFX 10-112 2e TIRAGE 79-10 Measurement of fluid flow in closed condu

7、its. Velocity area method for regular flows using Pitot static tubes. Durchflussmessung in geschossenen Leitungen Abflsse an Hand von Staurohren Netzmessung des Geschwindigkeitsfeldes gleichmssiger - COPYRIGHT AFNOR Association Francaise De NormalisationLicensed by Information Handling ServicesAFNL

8、NF XLO-LL2 77 1012372 0377991 352 -2- NF X 10-112 I. GNRALITS 1 .I 1.2 1.2.1 1.2.2 I .2.3 1.2.4 OBJET ET DOMAINE DAPPLICATION La prsente norme traite de la dtermination, par exploration du champ des vitesses au moyen de tubes de Pitot doubles, du dbit-volume, dun coulement rgulier (*) dans une condu

9、ite ferme. - de fluide incompressible ou sinon dun nombre de Mach infrieur ou gal 0,25 - dont la temprature darrt est sensiblement uniforme dans toute la section de mesure - remplissant compltement la conduite - en rgime permanent. Elle traite en particulier de la technologie et de lentretie-n des t

10、ubes de Pitot, du calcul des vitesses locales partir des pressions diffrentielles mesures et du calcul du dbit par intgration de ces vitesses. La mthode de mesure et les prescriptions dfinies dans la prsente norme visent obtenir une erreur-limite (au niveau de confiance 95 %), sur le dbit, au plus g

11、ale f 2 %; pour atteindre ce rsultat, il pourra tre ncessaire, suivant les conditions de la mesure, de tenir compte des corrections indiques au chapitre IO. Si certaines conditions mentionnes dans la prsente norme ne sont pas satisfaites, la mthode peut toutefois sappliquer dans certains cas spcifiq

12、ues mais lerreur-limite sur le dbit est alors plus grande. La prsente norme ne traite que des mthodes dexploration du champ des vitesses par un tube de Pitot double employ seul et plac successivement en chaque point de mesure. VOCABULAIRE Tube de Pitot double Appareil tubulaire constitu par une ante

13、nne cylindrique attache perpendiculairement une hampe permettant de mesurer une pression diffrentielle partir de laquelle on dter- mine la vitesse de lcoulement du fluide dans lequel il est immerg. II est muni dorifices de prise de pression statique (percs tout autour de la circonfrence de lantenne

14、sur une ou plusieurs sections de celle-ci) et dun orifice de prise de pression totale (situ face au sens de lcoulement, au bout du nez ax-symtrique de lantenne appel trave). Dans la suite de la presente norme, aucune confusion ntant possible, on emploiera lexpression ( tube de Pitot ) sans autre prc

15、ision pour dsigner un ( tube de Pitot double . NOTE Prise de pression statique Ensemble des orifices destins mesurer la pression du fluide. Prise de pression totale celle obtenue en amenant le fluide au repos sans variation dentropie). Orifice permettant de mesurer la pression darrt du fluide (press

16、ion correspondant Pression diffrentielle Diffrence de pressions aux prises de pression totale et statique. (*) Voir 4.1. COPYRIGHT AFNOR Association Francaise De NormalisationLicensed by Information Handling ServicesI .2.5 1.2.6 I .2.7 1.2.8 1.2.9 2. 2.1 AFNL NF XLO-LL2 77 W LOL2372 0377972 299 -3-

17、NF X 10-112 Dbit parital Dbit-volume qui scoule dans la zone situe entre la paroi de la conduite et le contour dfini par les points de mesure de la vitesse les plus proches de la paroi. Vitesse dbitante Rapport du dbit-volume (intgrale dans la section de mesure de la composante axiale des vitesses l

18、ocales) laire de la section de mesure. Vitesse relative Rapport de la vitesse de lcoulement au point considr une vitesse de rfrence mesure au mme moment, celle-ci pouvant tre soit la vitesse en un point particulier (par exemple au centre dune conduite circulaire), soit la vitesse dbitante. Longueur

19、droite droite sont constantes. Troncon de conduite dont laxe est rectiligne et dont ta surface et la forme de la section NOTE La forme de cette section est gnralement circulaire, mais peut tre rectan- gulaire ou annulaire. Singularit une longueur droite. Tout lment ou configuration dune conduite qui

20、 fait que cette conduite nest pas NOTE Dans le cadre de ta prsente norme, les singularits qui crent les pertur- bations les plus gnantes pour ta mesure sont tes coudes, les robinets et vannes et les largissements brusques. PRINCIPE DE LA METHODE DEXPLORATION DU CHAMP DES VITESSES PRINCIPE GENERAL DE

21、 LA METHODE Le principe de la mthode consiste : a) mesurer les dimensions de la section de mesurage qui aura t choisie perpendiculaire- ment iaxe de la conduite ; cette mesure a pour but de dfinir laire de cette section (voir 2.2) ; 6) dfinir dans cette section la position des points de mesure, qui

22、devront tre choisis en nombre suffisant pour connatre la rpartition des vitesses de facon satisfaisante ; c) mesurer la pression diffrentielle existant entre les prises de pression totale et statique du tube de Pitot ptac en ces points de mesure (voir 2.3) et la masse volumique du fluide dans les co

23、nditions de mesure ; d) dterminer la vitesse locale de lcoulement, partir des formules donnes, sur la base des mesures prcdentes (voir chapitre 6) ; e) dterminer la vitesse dbitante partir de ces valeurs par lune des trois mthodes ci-dessous : - intgration graphique du champ des vitesses (voir chapi

24、tre 7) Cette mthode consiste tracer sur un graphique le profil des vitesses et le plani- mtrer dans la rgion de la conduite limite par les points de mesure les plus proches de la paroi. A la-valeur ainsi obtenue, on ajoute un terme relatif 6 la zone paritale (situe entre la paroi et la courbe passan

25、t par les points de mesure qui en sont les plus proches) calcul partir de lhypothse que le profil des vitesses dans cette zone suit une loi de puissance. COPYRIGHT AFNOR Association Francaise De NormalisationLicensed by Information Handling ServicesAFNL NF XLO-112 77 = LOL2372 0377773 125 4- - NF X

26、10-112 Dans cette mthode, les points de mesure peuvent tre placs de manire permettre - intgration numrique du champ des vitesses (voir chapitre 8) La seule diffrence entre cette mthode et la prcdente consiste dans le fait que le graphe du profil des vitesses est remplac par une courbe algbrique et q

27、ue lintgration est effectue de manire analytique. une connaissance satisfaisante du champ des vitesses. - mthodes arithmtiques (voir chapitre 9) Les mthodes arithmtiques supposent que la distribution des vitesses suit une loi particulire; la vitesse moyenne dans la conduite est alors donne par une c

28、ombinaison linaire des vitesses individuelles mesures en des points dont la position est prescrite par la mthode. Les mthodes arithmtiques dcrites au chapitre 9 admettent, dans la zone paritale, une loi logarithmique de rpartition des vitesses en fonction de la distance la paroi. r) calculer le dbit

29、-volume gal au produit de laire de la section par la vitesse dbitante. Les erreurs effectues au cours de la ralisation des points a) f) influencent directement lerreur sur la mesure du dbit ; dautres sources derreurs (telles que la forme du profil des vitesses et le nombre de points de mesure) sont

30、tudies au chapitre 11. 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 MESURE DES DIMENSIONS DE LA SECTION DE MESURE Sections circulaires Le diamtre moyen de la conduite est pris gal la moyenne arithmtique des mesures effectues suivant au moins 4 diamtres (y compris les diamtres dexploration) de la section de mesur

31、e faisant entre eux des angles sensiblement gaux. Si la diffrence entre les lon- gueurs de deux diamtres successifs est suprieure 0,5 % le nombre de diamtres mesurs doit tre doubl. Sections rectangulaires La largeur et la hauteur de la conduite seront mesures sur chaque droite (au moins quatre) pass

32、ant par les points de mesure. Si la diffrence entre les largeurs (ou les hauteurs) correspondant deux droites de mesure conscutives est suprieure 1 %, le nombre de largeurs (ou de hauteurs) mesures doit tre doubl. MESURE DES VITESSES LOCALES Mthode dexploration de la section de mesure II est parfois

33、 propos de monter plusieurs tubes de Pitot sur une batterie fixe afin dexplo- rer simultanment toute la section de mesure. Cependant, on ne dispose pas actuellement de donnes exprimentales suffisantes pour permettre de dfinir la conception de certains dtails (tels que la forme de lantenne et le prof

34、il de la hampe) qui permettraient de sassurer que les mesures effectues au moyen dune batterie fixe satisfont la prcision requise par la prsente norme. Mesure de rfrence II faut prvoir une mesure de rfrence pour vrifier la stabilit de lcoulement et pour corriger les mesures de vitesses ponctuelles,

35、afin de tenir compte de lgres variations de dbit pendant lexploration ; un tel appareil de rfrence doit tre plac de facon viter toute interaction avec la mesure faite au tube de Pitot. La mesure de rfrence doit, autant que possible, tre effectue en mme temps que chaque mesure de vitesse locale. Tout

36、efois, si lon ne dispose que dun seul tube de Pitot, on sassurera de la stabilit de lcoulement en ritrant les mesures au point de rfrence aprs chaque mesure de vitesse locale. COPYRIGHT AFNOR Association Francaise De NormalisationLicensed by Information Handling ServicesAFNL NF XLO-LI2 77 LO12372 03

37、77994 Ob1 5- - NF X 10-112 II est essentiel que la rpartition des vitesses dans la section de mesure reste stable et ne soit pas affecte par les variations ventuelles du dbit pendant tout le temps de la mesure. Ayant trac la courbe de variation de la vitesse de rfrence v, en fonction du temps, on ut

38、ilisera cette courbe pour ramener toutes les mesures dexploration un mme dbit de rfrence q, (de prfrence celui qui correspond la moyenne des mesures au point fixe). Pour des variations relativement faibles de la vitesse de rfrence, on peut transposer la vitesse vi,t mesure en un point quelconque i l

39、instant t en la multipliant par le rapport entre la vitesse vr,o au point de rfrence correspondant au dbit q, et la vitesse vr,$ en ce point de rfrence linstant t : = vi,t x L? “r,t NOTE Lorsque la mesure de rfrence est une grandeur directement proportion- nelle au dbit (par exemple, la vitesse de r

40、otation de larbre dentranement dun ventilateur ou dune pompe), cette mesure peut tre directement substitue v, e! v, dans lquation ci-dessus. Lorsque la mesure de rfrence est sous forme d une diffrence de pression (par exemple dans une structure fixe du circuit, ou bien la pression diffrentielle dun

41、tube de Pitot de rfrence), la racine carre de la lecture de rfrence peut tre substitue vr,o at vr,t dans lquation ci-dessus. Cependant, il faut signaler quil peut se produire des fluctuations du profil des vitesses sans que cela entrane des fluctuations du dbit. Dans un tel cas, lemploi dune vitesse

42、 ponctuelle de rfrence peut entraner des erreurs et il est prfrable de contrler la stabilit du dbit laide de tout dispositif dprimogne (appareil dprimogne normalis (*), contrle pizomtrique sur un convergent, un coude, une bche spirale, une perte de charge singu- lire, etc.), mme non talonn, pourvu q

43、ue lon soit assur de sa fidlit et dune sensibilit suffisante. Dans ce cas, la correction proportionnelle mentionne ci-dessus portera sur la pression diffrentielle et non sur la vitesse. Contrle de la rpartition des vitesses Mme lorsque la vitesse dbitahte est calcule par une mthode qui ne ncessite p

44、as de tracer le profil des vitesses, il est recommand, afin de sassurer que la rpartition des vitesses est rgulire, de procder ce trac ou, dfaut, den contrler la rgularit de toute autre manire. De la mme facon, quand on effectue plusieurs mesures dans une mme section des dbits diffrents, il est reco

45、mmand de tracer les profils des vitesses de manire adimension- nelle (cest-dire en utilisant les vitesses relatives, voir 1.2.7) afin de vrifier leur bonne concordance et sassurer ainsi quil nexiste pas de profils anormaux pour certains dbits (les profils ne doivent pas varier de manire erratique, q

46、uand le dbit varie dans une large gamme de nombre de Reynolds). II peut tre galement utile de tracer les courbes de rpartition des vitesses comme indiqu ci-dessus afin de dceler une erreur ventuelle dans la mesure dune vitesse locale. Si cela est possible la mesure suspecte doit tre recommence ; sin

47、on elle sera limine et le profil des vitesses sera trac sur la base des profils obtenus prcdemment pourvu quil y ait des raisons indpendantes de penser que cette mesure suspecte est fausse. 2.3.3 2.4 EMPLACEMENT ET NOMBRE DES POINTS DE MESURE DANS LA SECTION 2.4.1 Prescriptions gnrales Les rgles sui

48、vre pour la mise en place des points de mesure sont diffrentes suivant les mthodes de dtermination de la vitesse dbitante spcifies dans la prsente norme. Ces rgles sont donnes dans les chapitres 7, 8 et 9 respectivement. Quelle que soit la mthode, la distance entre laxe de lantenne du tube de Pitot et la paroi doit tre au moins gale au diamtre de ltrav