لوح الفتحة

لوح الفتحة هو جهاز يُستخدم لقياس معدل تدفق الموائع لخفض الضغط أو خفض التدفق (يُسمى في الحالتين الأخيرتين لوح تخفيف).
يُمكن تحديد كل من معدل التدفق الحجمي أو معدل التدفق الكتلي بناءاً على الحسابات المتعلقة بلوح الفتحة. يعمل اللوح طبقاً لنفس مبدأ عمل فوهة البخاخ، والمسمى مبدأ برنولي وينص على: "توجد علاقة بين ضغط المائع وسرعته، فعندما تزداد السرعة ينخفض الضغط، والعكس صحيح".
 

الاستخدام

تُستخدم الألواح ذات الفتحة عادة لقياس معدلات التدفق في الأنابيب. عندما يكون المائع أحادي الطور (بدلاً من أن يكون خليط من الغازات و السوائل، أو السوائل و المواد الصلبة) ومخلوط جيداً، يتدفق المائع بشكل متصل بدلاً من تدفقه بشكل نبضي، ويشغل المائع الأنبوب بالكامل (يمنع تواجد الطمي أو الغاز المحاصر داخل المائع)، كما يكون التدفق متساوي الشكل ومتكون بشكل جيد ويحقق المائع ومعدل التدفق أيضاً بعض الشروط الأخرى.
عند تركيب لوح الفتحة طبقاً لمعايير ملائمة، وفي ظل الظروف السابقة، يُمكن قياس معدل التدفق بسهولة باستخدام المعادلة السابق ذكرها المبنية بناءاً على بحث جوهري والمنشورة في المعايير الدولية والوطنية للصناعة.
تُصنع الألواح عادة بفتحات دائرية حادة الحواف وتُركب في الأنبوب بحيث تكون متحدة المركز معها ومع سُدادات الضغط (فتحة صغيرة  في جدار الأنبوب الذي يحتوي مائع مضغوط، وتكون عمودية على اتجاه سريان المائع، وبها صنبور للتحكم في الضغط وقياسه) طبقاً لمعيار واحد من الأزواج المعيارية الثلاثة للمسافات قبل وبعد اللوح، وتندرج هذه الأنواع في معيار أيزو 5167 ومعايير أساسية أخرى.
توجد العديد من الاحتمالات الأخرى، حيث يُمكن أن تكون حواف الفتحة مخروطية الشكل أو دائرية تقريباً، ويُمكن أن تكون فتحة اللوح بنفس حجم الأنبوب ماعدا قطعة في الأعلى أو الأسفل، يتم نزعها.
يُمكن أيضاً أن تكون فتحة اللوح مصنوعة بشكل لا مركزي بالنسبة للوح، كما يُمكن أن تكون سُداداة الضغط في مواضع أخرى.
تتناول معايير وكتيبات مختلفة التغييرات الناتجة عن احتمالات شكل فتحة اللوح. ينتج عن كل مزيج من الاحتمالات معاملات تفريغ مختلفة، يُمكن التنبأ بها طالما تتحقق ظروف معينة، وتختلف هذه الظروف من نوع لأخر.
يُمكن تحديد معامل التدفق بدقة مقبولة فور تصميم وتركيب لوح الفتحة، وذلك بحساب الجذر التربيعي لفرق الضغط عبر سُدادات الضغط للفتحة، ثم استخدام ثابت مناسب.
يُمكن حتى قياس معدل التدفق بدقة مقبولة للغازات القابلة للانضغاط، والتي تختلف في الضغط و درجة الحرارة، وذلك بالحساب التقريبي للجذر التربيعي للضغط المطلق أو درجة الحرارة، بناءاً على غرض القياس وتكالييف الأجهزة الملحقة.
تُستخدم أيضاً ألواح الفتحة لخفض الضغط أو تخفيف التدفق، وتُسمى في هذه الحالة ألواح تخفيف.

اللوح

تهتم المعايير والكتيبات بشكل أساسي بالألواح الرقيقة ذات الحواف الحادة. تكون الحافة الأمامية لهذه الألواح حادة وخالية من النتوءات، ويكون المقطع الأسطواني للفتحة قصير إما بسبب أن اللوح قصير أو أن الحافة الخلفية للوح مشطوفة.
يُستثنى من ذلك الفتحة ذات الحافة الربع دائرية، وتكون حافتها الأمامية مدورة وناعمة وليس لها مقطع أسطواني، كما يُستثنى أيضاً اللوح ذو المدخل المخروطي، والذي تكون حافته الأمامية مشطوفة ويكون للفتحة مقطع أسطواني قصير. تكون الفتحات متحدة المركز مع الأنبوب عادة (الفتحة اللامركزية هي استثناء خاص) وتكون ذات مقطع دائري (يُستثنى من ذلك الحالة الخاصة التي تكون الفتحة فيها عبارة عن قطعة دائرية أو وترية، وفي هذه الحالة يغلق اللوح قطعة دائرية فقط من الأنبوب).
تشترط الكتيبات والمعايير أن يكون السطح الأمامي للوح مستو وناعم. يتم أحياناً ثَقب ثُقب تنفيس في اللوح من حيث يرتبط بالأنبوب، وذلك للتخلص من فقاعات الغاز أو الغاز المتكثف إلى خارج الأنبوب.

الأنبوب

تنص المعايير والكتيبات أن المائع يتدفق بحيث تكون السرعات عند جدار الأنبوب أقل منها في المنتصف، لكن لا يكون التدفق لا مركزي أو عبارة عن نفث.
بطريقة مشابهة، يجب ألا تتم إعاقة التدفق بعد اللوح لكي لا يتأثر الضغط، ولتحقيق ذلك يجب أن يكون الأنبوب دائري لدرجة مقبولة وناعم ومستقيم للمسافات المحددة.
يصعب أحياناً توفير أنبوب مستقيم بطول كافي، وفي هذه الحالات يُستخدم ما يُسمى محسنات التدفق مثل حزمة الأنابيب أو ألواح متعددة الثقوب تُوضع بداخل الأنبوب لجعل المائع يتدفق بشكل أكثر استقامة، لكن هذا أيضاً يتطلب طول محدد من انبوب مستقيم قبل وصول التدفق إلى الفتحات (الثقوب).
توفر بعض الكتيبات والمعايير لتدفقات المائع من أو إلى الفراغات الكبيرة بدلاً من الأنابيب، شروطاً بحيث تكون المنطقة قبل أو بعد اللوح خالية من عوائق التدفق.