Venturi meter is frequently used in feed water flow control system in a nuclear power plant. Its accurate measurement plays a vital role in the safe operation of the plant. This paper firstly investigates the influence of the length of each section of pipeline, the throat inner diameter of Venturi and the flow characteristics in a single-phase flow on the accuracy of Venturi measurement by numerical calculation. Then the flow and the accuracy are discussed in a multi-phase flow. Numerical results show that the geometrical parameters and the characteristics of complex turbulent flow in the single-phase flow have little impact on the accuracy of Venturi flow rate measurement. In the multi-phase flow, the calculated flow rate of Venturi deviated from the actual flow rate and this deviation value is closely related to the amount of steam in the pipeline and increases sharply with the increase of the amount of steam. The over-reading of Venturi flow rate is present.
In disaster situations, to facilitate rapid drainage, electric underwater pumps are installed manually. This poses a high risk of electric shock accidents due to a short circuit, and a lot of time is required for hose connection and installation of electrical devices. To solve these problems, a Venturi pump using the venturi effect without external power is used. However, Venturi pumps that operate without external power make it difficult to install flow sensors such as electric devices; consequently, it is difficult to check the real-time flow rate. This paper proposes a flow estimation logic to replace the function of the flow sensor for the venturi pump . To develop the flow estimation logic, the flow characteristics of the venturi pump, according to the operating conditions, were checked. After that, the relationship with the flow rate of the venturi pump was defined using a pressure sensor corresponding to a low-cost sensor. Finally, an analysis of the estimation error was performed using the developed flow estimation logic.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.25
no.6
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pp.12-19
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2021
An experimental study was performed for a cavitating venturi supplying a constant rate of flow independent of downstream pressure fluctuations when providing liquid propellant. The venturi was designed and manufactured in order to figure out the performance of the cavitating venturi. Effects of the rear-end shape, upstream pressure, and back pressure on the ratio of downstream to upstream pressure of the venturi as well as the flow-rate were observed. As a result, critical pressure ratio of the venturi, which generally depends only on the configuration of the venturi, was kept at 0.74 regardless of the rear-end shape and the upstream pressure of the venturi.
Venturi has long been an attractive method of measuring flow rate in a variety of engineering applications since pressure loss is relatively small compared with other measuring methods. The current study focuses on making detailed uncertainty estimations as the upstream flow disturbance affects uncertainty levels of the flow rate measurement. Upstream flow disturbance can be determined by 9 different swirl generators. Measurement uncertainty of flow rate has been estimated by a quantitative uncertainty analysis which is based on the ANSI/ASME PTC 19.1-2005 standard. The results of flow rate uncertainty analysis show that the case with systematic error has higher than that without systematic error. Especially the result with systematic error exhibits that the uncertainty of flow rate was gradually increased by swirl flow disturbance. The uncertainty of flow rate measurement can be mainly affected by differential pressure and discharge coefficient. Flow disturbance can be also reduced by increasing of the upstream straight length of Venturi.
For testing large-capacity pumps, the accurate flow rate measurement is needed in the test loop. As a measuring method of flow rate, venturi tube is recommended due to its low pressure loss. However, upstream disturbance of loop component such as a valve has an effect upon the accuracy of flow rate measurement. For controlling flow rate in case of high flow rate and large-scale piping system, a butterfly-type valve is generally used due to its compactness. However, a butterfly valve disturbs downstream flow by generating turbulence, cavities, or abrupt pressure change. In this study, the effect of downstream disturbance of butterfly valve on the flow rate measurement using a venturi tube is investigated. Test loop consists of circulation pump, reservoir, butterfly valve, venturi tube, and reference flow meter. The test is conducted with regard to a different valve opening angle of butterfly valve. According to the valve opening angle, the uncertainty of flow rate measurement is investigated.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.1
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pp.88-94
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2002
For the pressurized propellant supply system of liquid rocket, feed pressure is determined with respect to the chamber pressure of normal combustion state. However, during ignition period the initial chamber pressure is atmosopheric. This may cause overflow, hard-start and even critical damage for the engine. This paper proposes an improved propellant feed system for the stable combustion of liquid rocket. The proposed system utilizes the cavitating venturi to provide stable mass flow rate. Cavitating venturi offers unique flow control capabilities at normal and abnormal combustion state, because flow rate is soley dependent on the upstream absolute pressure and fluid properties, but independent on th downstream condition. Experimental variables are propellant feed pressure and chamber pressure. The effectiveness of cavitating venturi increased when the ratio of actual feed pressure to the cavitating venturi design pressure is increased. It is also found that Kerosene if more effective to supply stable mass flow rate than LOx.
Characteristics of flow rate control has been studied for a cavitating venturi adopted in a liquid rocket propellant feed system. Numerical simulation has been peformed to give about $10\%$ discrepancy of mass flow rate to the experimental data for cavitating flow regime. Mass flow rate is confirmed to be saturated for pressure difference higher than $3\times10^5$pa when the upstream pressure is fixed to $22.8\times10^5$pa and the downstream pressure is varied. The evaporation amount depends substantially to non-condensable gas concentration. However the mass flow rate characteristic is relatively insensitive to the mass fraction of non-condensable gas. So it is reduced by only $2\%$ when the non- condensable gas concentration is increased from 1.5PPM to 150PPM. From the previous comparison the expansions of the non-condensable gas and the evaporation of liquid are verified to have same effect to pressure recovery.
The steam generator feedwater flow rate in a nuclear power plant was estimated by means of artificial neural networks with the wavelet analysis for enhanced information extraction. The fouling of venturi meters, used for steam generator feedwater flow rate in pressurized water reactors, may result in unnecessary plant power derating. The backpropagation network was used to generate models of signals for a pressurized water reactor. Multiple-input single-output heteroassociative networks were used for evaluating the feedwater flow rate as a function of a set of related variables. The wavelet was used as a low pass filter eliminating the noise from the raw signals. The results have shown that possible fouling of venturi can be detected by neural networks, and the feedwater flow rate can be predicted as an alternative to existing methods. The research has also indicated that the decomposition of signals by wavelet transform is a powerful approach to signal analysis for denoising.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.19
no.4
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pp.1-7
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2015
A cavitation venturi is a device that allows a liquid flow rate to be fixed or locked independent of a downstream pressure and has been successfully used in a liquid rocket engine system which requires a stable propellant flow rate. In the present research, four cavitation venturis which have same dimensions except for converging inlet angle and diverging outlet angle, were designed and manufactured. Flow rates through each venturi and upstream/downstream pressures were measured by changing the pressures. From the experimental data, the discharge coefficients and critical pressure ratios were calculated for each venturi. It was found that the inlet and outlet angles of the cavitation venturi affected the discharge coefficient, and the outlet angle influenced on the critical pressure ratio.
Park, Hee-Ho;Kim, Yoo;Cho, Nam-Choon;Keum, Young-Tag
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.6
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pp.788-794
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2002
In liquid rocket engine, propellant feed rate is proportional to approximately square root of the pressure difference between injector head and combustion chamber. This ΔP depends on the engine design, but in general on the order of 50psi. However, during ignition period, especially for the pressurized feed system, combustion chamber pressure is almost atmospheric and large ΔP causes over flow of propellants which may lead to catastrophic accident due to hard start. Hard start may be prevented by applying cavitating venturi or/and two step ignition. In cavitating venturi, evaporated propellants near the venturi throat become chocked and flow rate depends on only upstream condition. In two step ignition propellants are supplied to the liquid engine in two different flow rate. First step, to avoid hard start, small amount of propellants are supplied to build up chamber pressure in safe zone, then full propellants to ensure design pressure. In this study, both cavitating venturi and two step ignition method were used for the hot test and hard start problem was completely solved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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