VDI VDE 2640 Blatt 4-1983 Measurement of mean temperature in fluid flow.pdf

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1、DK 621.643.2 : 632.542 : 536.553.088.2(083.132) VDI/VDE-RICHTLINIEN Oktober 1983VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DEUTSCHERELEKTROTECHNIKERNetzmessungen in StrmungsquerschnittenBestimmung der mittleren Temperaturin strmenden FlssigkeitenVDI/VDE 2640Blatt 4Measurement of mean temperature in fluid flo

2、wInhaltlich berprft und unverndertweiterhin gltig: Februar 1999InhaltVorbemerkung ,Seite1 Allgemeines 31 . 1 Gegenstand der Richtlinie 31.2 Begriffe, Zeichen, Einheiten 31.3 Geltungsbereich 31 .4 Problemstellung 42 Meverfahren und Auswertung 42.1 Voraussetzung fr Temperatumetzmessungen 42.2 Verteilu

3、ng im Mequerschnitt 42.3 Mepunktanordnung 42.4 Bestimmung der mittleren Temperatur 63 Megerte 73.1 Allgemeines 73.2 Empfohlene Megerte 73.3 Prfung der Megerte 93.4 Einbau der Megerte 93.5 Meunsicherheiten 104 Durchfhren der Messung 104.1 Vorgehen vor der Messung 104.2 Vorgehen whrend der Messung 14.

4、3 Vorgehen nach der Messung 15 Meunsicherheit 15.1 Allgemeines 15.2 Meunsicherheit der Meeinrichtung 15.3 Meunsicherheit durch Temperaturverteilung 15.4 Meunsicherheit durch Geschwindigkeitsverteilung 125.5 Beispiel 136 Ausfhrungsbeispiele 146.1 Messung in der Strmung 146.2 Messung mit Teilstromentn

5、ahme 15Schrifttum 16VDI/VDE-Gesellschaft Me- und RegelungstechnikAusschu Netzmessung in StrmungsquerschnittenVDI/VDE-Handbuch Metechnik IVDI-Handbuch EnergietechnikRegister-Nr. 3Register-Nr. 1Preisgr. 10B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST

6、BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-2- VDI/VDE2640 Blatt 4VorbemerkungMit der Richtlinienreihe VDI/VDE 2640 soll eineumfassende Darstellung der Messung verschiedenerphysikalischer Gren in ausgewhlten Punktenvon durchstrmten Leitungsquerschnitten und derAuswertung der dabei ermittelten Mewerte (

7、Netzmessung) gegeben werden. Die Grundlagen dafrsind im Blatt 1 zusammengestellt. Darauf aufbauend werden in den nachfolgenden Blttern dieNetzmessungen zum Bestimmen des Volumenstromes von Wasser und von Gasen sowie des Mittelwertes der Temperatur usw. erlutert. Vorgesehensind:VDI/VDE2640 Blatt 1Bla

8、tt 2Netzmessungen in Strmungsquerschnitten. Allgemeine Richtlinien und mathematischeMethoden-. Bestimmung des Wasserstromesin geschlossenen, ganz geflltenLeitungen mit Kreis- oder RechteckquerschnittBlatt 3 -. Bestimmung des Gasstromes inLeitungen mit Kreis-, Kreisringoder RechteckquerschnittBlatt 4

9、 Bestimmung der mittlerenTemperatur in strmendenFlssigkeitenDie Bltter 2 und 3 liegen bereits vor. Blatt 1 erscheint demnchst.Die Notwendigkeit fr die Erstellung des Blattes 4ergab sich bei der Bearbeitung der DIN 1947 Leistungsversuche an Khltrmen (VDI-Khlturm-regeln)“ und der Richtlinie VDI 2049 W

10、rmetechnische Abnahme- und Leistungsversuche an Trok-kenkhltrmen“, bei denen die Bestimmung dermittleren Temperatur der Wassermassenstrmefestzulegen war. Das Anwachsen der Khlturmeinheiten hat auch zu greren Khlwasserleitungsquerschnitten mit Durchmessern bis zu vier Meterngefhrt. Da der Wirkungsgra

11、d der Kondensationskraftwerke von der Temperatur des kalten Khlwassers entscheidend beeinflut wird, kommt derBestimmung der Khlwassertemperaturen erhhteBedeutung zu. Auch bei anderen Anlagen mit groen Wassermassenstrmen ist die Kenntnis dermittleren Wassertemperatur erforderlich. Bei groen Leitungsd

12、urchmessem kann eine gleichmigeTemperaturverteilung nicht mehr vorausgesetztwerden. Daher mu zur Bestimmung der mittlerenTemperatur die Temperaturverteilung bekanntsein.An der Ausarbeitung des Blattes 4 haben mitgewirkt:Dipl.-Phys. F. L. Brand, HeidenheimDipl.-Ing. W. Bung, EssenIng.(grad.) F. J. Er

13、nst, BochumDr.-Ing. K. Graumann, BochumIng.(grad.) W. Grnendiek,Gelsenkirchen-BuerIng.(grad.) R. Herbst, MnchenObering. Dipl.-Ing. H. Hugo, DortmundDr.-Ing. D. Huhnke, BraunschweigDipl.-Phys. H. Kelpin, LudwigshafenIng.(grad.) M. Schatz, HeiligenhausDipl.-Ing. Vanvor, HanauB974908A824A6748CAAAA99BAB

14、349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-111 Allgemeines1 .1 Gegenstand der RichtlinieDas vorliegende Blatt 4 enthlt Empfehlungen frdie Bestimmung der mittleren Temperatur strmender Flssigkeiten und die Ermittlung der Temperaturvert

15、eilung in durchstrmten Querschnittendurch Netzmessung. Hierfr wird in einem geradenLeitungsabschnitt ein senkrecht zur Rohrachse stehender Mequerschnitt in ein Netz geeignet ausgewhlter Teilflchen eingeteilt. In den Mittelpunkten der einzelnen Teilflchen werden die ihnenzugehrenden Temperaturen geme

16、ssen. Behandeltwerden Meverfahren und Megerte, Vorbereitung und Durchfhrung der Messung sowie dieAuswertung der Messergebnisse. Praktische Beispiele werden angefhrt und die nach dem Standder Technik erzielbaren Meunsicherheiten angegeben.1 .2 Begriffe, Zeichen, EinheitenDie verwendeten Begriffe, Zei

17、chen und Einheitensind in Tabelle 1 zusammengestellt und stimmenim wesentlichen mit den entsprechenden Normenund Richtlinien berein 1; 2.1.3 GeltungsbereichDer Geltungsbereich dieser Richtlinie ist beschrnkt auf Wasser und solche Flssigkeiten, diesich hnlich wie Wasser verhalten. Mehrphasenstrmungen

18、 und inhomogene Gemische wie Emulsionen bleiben unbercksichtigt. Der Einbau derMeeinrichtungen darf keine nderung der Phaseder zu messenden Flssigkeit verursachen.Behandelt werden Flssigkeitsstrmungen in geschlossenen, ganz gefllten Leitungen mit Kreisoder Rechteckquerschnitt in einem Temperaturbere

19、ich von 0 bis 100 C. Auf mitgeltende Normenund Richtlinien wird hingewiesen (siehe Schrifttum).VDI/VDE 2640 Blatt 4 - 3 -Tabelle 1. Begriffe, Zeichen, EinheitenBegriff Zeichen EinheitFlche des Mequerschnitts ADurchmesser des Kreisquerschnitts D mRadius des Kreisquerschnitts R mBreite des Rechteckque

20、rschnitts B mHhe des Rechteckquerschnitts H mAbstand von Kanalwand y mMittelpunktsabstand beim Kreisquerschnitt r mTemperatur ? K(G)Temperaturdifferenz AO K(C)mittlere Temperatur im Mequerschnitt K(C)Geschwindigkeit der Flssigkeit D m/smittlere Geschwindigkeit im Mequerschnitt m/sspezifische Enthalp

21、ie h kJ/kgspezifische Wrmekapazitt beikonstantem Druck kJ/kg KHhenlage Z mMassenstrom Qr( kg/sVolumenstrom Qy m/sDichte P kg/mDruck P barVertrauensgrenzen eines Fehlers(Meunsicherheit) V Dimension derzugehrigenMegreTeilflchenzahl n -Index Bedeutungi Temperaturi Teilflche1 IntegrationM MeeinrichtungV

22、 GeschwindigkeitB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 4 - VDI/VDE 2640 Blatt 41.4 ProblemstellungAllgemein wird die Temperatur einer durch eineLeitung strmenden Flssigkeit als mebare Zu-standsgre die

23、ser Flssigkeit verstanden, die frFragen der Wrmebertragung oder fr die Bestimmung der Gesamtenergie des Flssigkeitsmassenstromes (m h) in einer bestimmten Kontrollflche bentigt wird. Die spezifische totale Enthalpie h) einer strmenden homogenen und inkom-pressiblen Flssigkeit setzt sich zusammen aus

24、 denspezifischen Anteilen der inneren Energie, derDruckenergie, der kinetischen Energie und derpotentiellen Energie. Im Geltungsbereich dieserRichtlinie knnen Druckenergie, kinetische undpotentielle Energie vernachlssigt werden, so dadie Enthalpie durch Kenntnis der inneren Energiepraktisch bestimmt

25、 ist. Fr die Berechnung derinneren Energie ist die mittlere Temperatur ineinem Leitungsquerschnitt zugrunde zu legen.Die mittlere Temperatur im kann z. B. in einerMischvorrichtung hinter dem betrachteten Querschnitt direkt gemessen werden. Im allgemeinenwird diese Temperatur durch ein oder mehrereMe

26、gerte erfat, wobei die an den Mepunktenermittelten Temperaturen als reprsentativ fr dengesamten Querschnitt angesehen werden.Bei groen Leitungsquerschnitten, z. B. bei Khlwasserleitungen in groen Kraft Werkseinheiten,kann das nicht ohne weiteres vorausgesetzt werden.Um hier eine genaue Angabe der mi

27、ttleren Temperatur zu ermglichen, ist die Kenntnis der Temperaturverteilung und eventuell der Massenstrom-bzw. Wrmekapazittsverteilung erforderlich. Diemittlere Temperatur ergibt sich dann im allgemeinen Fall aus der Integration der einzelnen Teilstrme ber der Querschnittsflche, im einfachsten Falla

28、us der Integration der mittleren, reprsentativenTemperaturen der Teilflchen ber der Querschnittsflche.2 Meverfahren und Auswertung2.1 Voraussetzung fr TemperaturnetzmessungenGem der Definition im Abschnitt 1.4 wird diemittlere Temperatur einer strmenden Flssigkeitals mebare Zustandsgre angesehen, di

29、e zurKennzeichnung der Wrmeeigenschaften der Flssigkeit dient. Zur genauen Bestimmung der mittleren Temperatur einer strmenden Flssigkeit istdie Kenntnis der Temperatur- und Massenstromverteilung im Mequerschnitt erforderlich, da Einzelmewerte oder Mewerte nur in Wandnhenicht reprsentativ fr den gan

30、zen Querschnitt sind.Die Temperaturverteilung wird durch Messung derTemperaturen in mehreren Punkten des Mequerschnitts, also durch eine Temperatumetzmessung,bestimmt. Die in den einzelnen Teilflchen gemessenen Temperaturen werden als mittlere Temperatur dieser Teilflchen verstanden. Der Mequerschni

31、tt mu ganz gefllt sein. Die Temperatur- UndMassenstromverteilung soll quasistationr, d. h. diezeitliche nderung der Temperatur- und Massen-stromwerte an jeder Stelle des Mequerschnitts gering sein. Im Gltigkeitsbereich dieser Richtlinie,Temperaturbereich 0 bis 100 C, werden Dichteund spezifische Wrm

32、e als konstant ber den Mequerschnitt angenommen.Im Temperaturbereich 0 bis 100 C ergeben Temperaturunterschiede von z. B. 20 K im Mequerschnitt bei Wasser Dichteunterschiede zwischen 0,4und 1,4% und Unterschiede in der spezifischenWrme von etwa 0,4 %, so da der Einflu auf diemittlere Temperatur vern

33、achlssigt werden kann.2.2 Verteilung im MequerschnittEine rotationssymmetrische Temperaturverteilunghnlich einem Geschwindigkeitsprofil kann nur beilaminarer Strmung und sehr langen Einlaufstrek-ken erwartet werden. Fr die in dieser Richtliniebehandelten Flle wird eine Temperaturverteilungzugrunde g

34、elegt, bei der der Wrmeaustausch durchturbulente Mischbewegungen den durch Wrmeleitung und Reibung bersteigt, die Temperatur derFlssigkeit auerhalb der Grenzschicht von derRohrwand also nicht mehr beeinflut wird. Bei denhier vorgeschlagenen Verfahren soll unterschiedenwerden zwischen Temperaturbesti

35、mmung mit undohne Bercksichtigung der Massenstromverteilung.Ob fr eine bestimmte Meaufgabe die Massenstromverteilung bercksichtigt werden mu, kanndurch eine Fehlerabschtzung bestimmt werden.Dazu gengt es, die Massenstromverteilung abzuschtzen. Die Differenz der ohne und mit Bercksichtigung der Masse

36、nstromverteilung berechnetenTemperatur soll im allgemeinen kleiner als die Unsicherheit auf Grund der Geschwindigkeitsverteilung (Vi) sein (siehe Abschnitt 5.4). Ist das nichtder Fall, mssen Temperatur- und Massenstromverteilung bestimmt werden.2.3 MepunktanordnungDie Anzahl der anzuordnenden Mepunk

37、te unddamit der vorzusehenden Melinien richtet sichnach der zu erwartenden oder vorher festgelegtenTemperaturverteilung und der zulssigen Meunsicherheit.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI/VDE 26

38、40 Blatt 4 -5-Die wandnchsten Mepunkte sollten ausreichenden Wandabstand haben, um Wrmeableitungsfehler durch die einzubauenden Temperaturfhler zuvermeiden. Bei den nachfolgend vorgeschlagenenAufteilungen ergeben sich dadurch Grenzen in dermglichen Mepunktanzahl durch die Gre derRohrleitungsdurchmes

39、ser. Durch die u. U. begrenzte Anzahl der zur Verfgung stehenden Stutzenzum Einbau der Aufnehmer wird eine optimaleAufteilung des Mequerschnitts ebenfalls erschwert.Rechteckquerschnitte werden nach Mglichkeit ingleiche quadratische Teilflchen aufgeteilt. Ist diesnicht durchfhrbar, sind gleiche Recht

40、eckflchenso zu whlen, da das Seitenverhltnis kleiner alsBild 1. Mepunktanordnung beim Kreisquerschnitt bei einerMelinie I, Aufteilung des Querschnitts in n = 5 flchengleicheTeilflcheny Wandabstnde der Mepunkter Sekantenabstnde vom MittelpunktIBild 2. Mepunktanordnung beim Kreisquerschnitt bei zweiMe

41、linien I und II, Aufteilung des Querschnitts in n = 9 flchengleiche TeilflchennMelinien I, II und III, Aufteilung des Querschnitts in n = 13 flchengleiche Teilflchen2 : 1 ist, um den Abstand der Mepunkte zueinander nicht zu gro werden zu lassen. Die Temperaturmepunkte werden jeweils auf waagerechten

42、oder senkrechten Melinien in die Schwerpunkteder Teilflchen gelegt.Fr Kreisquerschnitte wird eine Aufteilung ingleich groe Teilflchen mit nicht zu groem Seitenverhltnis“ empfohlen. Die Mepunkte werdenim Mittelpunkt der Teilflchen auf radialen Melinien angeordnet. Vorschlge fr gnstige Aufteilung bei

43、ein, zwei und drei Melinien sind in Bild 1bis 3 gezeigt.Tabelle 2 enthlt die Mepunkt- und Teilflchenanordnung fr Kreisquerschnitte.Tabelle 2. Mepunkt- und Teilflchenanordnungfr Kreisquerschnitte (Angaben bezogen auf Einheitsradius)1 ) MepunktanordnungMe Punkte/ Teiifi- Wandabstnde bei radialerlinie

44、Linie chen- Anordnung der Mepunkte,zahl MP = Mittelpunkty2 3 y41 3 3 0,368 MP1 4 4 0,298 0,7981 5 5 0,254 0,675 MP1 6 6 0,223 0,591 0,8682 3 5 0,276 MP2*) 5 9 0,127 0,461 MP2*) 7 13 0,084 0,274 0,551 MP3 3 5 0,31 1 MP3*) 5 13 0,133 0,494 MP3*) 7 19 0,086 0,283 0,582 MP2) Teilflchenanordnung Sekanten

45、abstnde (ab MP)bzw. Radien1 3 3 0,2651 4 4 MP 0,4041 5 5 0,158 0,4921 6 6 MP 0,265 0,5532 3 5 0,4472 5 9 0,333 0,7452 7 13 0,277 0,620 0,8323 3 7 0,3783 5 13 0,277 0,7343 7 19 0,229 0,607 0,827*) nur sinnvoll fr i? 500 mm*) nur sinnvoll fr i? 1 000 mmB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF836

46、8C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-6- VDI/VDE 2640 Blatt 42.4 Bestimmung der mittleren Temperatur2.4.1 Ohne Bercksichtigung der IMassen-stromverteilungAls mittlere Temperatur in den einzelnen Teilflchen wird die in jeder Teilflche gemessene Tempe

47、ratur verstanden. Der Temperaturverlauf in Wandnhe kann nach den Gesetzen der Wrmebertragung ermittelt werden 3. Bei turbulenter Strmungbeschrnkt sich der Wandeinflu auf eine sehr dnne Grenzschicht und kann bei Temperaturdiflferen-zen von m = 2n i=l (1)2.4.2 IVlit Bercksichtigung der IMassen-stromve

48、rteilung2.4.2.1 Bestimmung der MassenstromverteilungZur Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung(Dichte = konstant) im Mequerschnitt eignen sichbesonders die in Blatt 2 dieser Richtlinie beschriebenen Verfahren. Der Aufwand fr die Bestimmungder Geschwindigkeitsverteilung richtet sich nachder Art der zu erwartenden Geschwindigkeitsverteilung und der zulssigen Meunsicherheit fr diemittlere Temperatur. Bei bekannter Temperaturverteilung und zugelassener Meunsicherheit k