28709

استفاده از روش نوين آرايه فازي چند مسيره براي اندازه گيري دبي در لوله هاي نيمه پر

دكترا

مهندسي مكانيك

1394

1402/04/13

دكتر نوروز محمد نوري

مهندسي مكانيك

با شناخت بشر از رفتار سيالات و كشف قوانين جديد فيزيكي در طول زمان روش هاي متنوعي جهت اندازه گيري دبي جريان به وجود آمدند. دبي سنجهاي اولتراسونيك به دليل داشتن مزيت هايي از قبيل عدم تغيير در سطح مقطع لوله قابل استفاده در رنج گسترده اي از سايز لوله هزينه تعمير و نگهداري پايين پايداري و دقت بالا دوجهته بودن و قابليت نصب به صورت پرتابل مورد توجه بسياري از محققان قرار گرفته است. با وجود اين مزيت ها در شرايطي كه پروفيل جريان در داخل لوله از حالت متقارن منحرف شوند، استفاده از دبي سنج هاي اولتراسونيك با چالش روبه روخواهند شد. بخصوص در لوله هاي نيمه پر با تغيير ارتفاع پرشدگي هم هندسه سطح مقطع و هم پروفيل جريان درحال تغيير است كه باعث تحت تاثير قرار گرفتن دقت دبي سنجي با روش اولتراسونيك مي گردد. هدف در اين مطالعه ارائه روش نوين آرايه فازي چندمسيره جهت غلبه بر چالش هاي موجود در دبي سنجي اولتراسونيك مي باشد. جهت تركيب اطلاعات بدست آمده و تبديل آن به دبي جريان از دو روش انتگرال گيري نيوتون-كوتس و گوسي استفاده شده است. تعداد مسيرهاي آكوستيكي زاويه ارسال مسيرهاي آكوستيكي و زاويه نصب سنسور آرايه فازي ازجمله پارامترهايي هستند كه تاثير آن در دقت اندازه گيري مورد مطالعه قرار گرفته است. عملكرد دبي سنج آرايه فازي در جريان متقارن وغيرمتقارن بررسي شده است. در دبي سنجي به روش نيوتون-كوتس با رويكرد آرايه فازي يك سري از مجموعه مسيرهايي بدست آمدند كه پايداري بهتري نسبت به بقيه مسيرهاي مورد مطالعه داشتند. همچنين نتايج نشان داد كه با استفاده از كوادراتورگوسي كه بر اساس مدل جريان بنا شده است مي توان نتايج دقيق تري را كسب نمود. از آنجا كه مدل جهاني كه در تمامي ميدان هاي جريان قابل استفاده باشد، وجود ندارد لذا مدل جريان تعميم يافته اي معرفي شد كه نتايج خوبي را در شرايط مختلف با رويكرد آرايه فازي بدست مي دهد. نتايج دبي سنجي در لوله هاي نيمه پر با استفاده از يك مسير نشان داد كه دبي سنج اولتراسونيك به شدت تحت تاثير انحرف ميدان جريان از مدل مفروض قرار مي گيرد. استفاده از چند مسير آكوستيكي دقت دبي سنجي را بهبود بخشيد. در حالت پنج و سه مسيره هرچه مسير بيروني از خط مركزي دورتر باشد نتايج دقيق تري توسط دبي سنج ثبت مي گردد.

1402/06/19

Using a novel multipath phased array flowmeter for partially filled pipes

7/3/2024 12:00:00 AM

With our understanding of the behavior of liquids and discovering new physical laws through time, various methods for measuring the flow rate were created. Ultrasonic flowmeters have attracted the attention of many researchers due to their advantages such as no change in the cross-sectional area of the pipe, can be used in a wide range of pipe sizes, low maintenance cost, stability, and high accuracy, bi-directionality, and portable installation capability. Despite these advantages, the use of ultrasonic flowmeters will face challenges when the flow profile inside the pipe deviates from the symmetrical velocity. Especially in partiallyfilled pipes, with the change of filling height, both the geometry of the cross-section and the flow profile are changing, which affects the accuracy of flow measurement by ultrasonic method. The aim of this study is to present a new multi-path ultrasonic phased array method to overcome the challenges in ultrasonic flow measurement. In order to combine the information obtained by the Phased array and convert it into flow rate, Newton-Cotes, and Gaussian integration methods have been used. The number of acoustic paths, the beam angle of the acoustic paths, and the installation angle of the phased array sensor were studied in this thesis, which affects the accuracy of the measurement. The performance of the phased array flowmeter in the fully developed turbulent flow as well as the asymmetric flow downstream of the single bend and double bend has been investigated. Flow measurement using Newton-Coutts method with an ultrasonic phased array approach, a set of paths were obtained which had better stability to installation angle. In addition, the results showed that more accurate results can be obtained using the Gaussian quadrature based on the flow profile models using an ultrasonic phased array. There is no universal model that can be used in all flow fields, therefore, the generalized velocity model based on the power model and the asymmetric part of flow models downstream the single bend and double bend were introduced. This model obtains good results in different flow fields using an ultrasonic phased array approach. The results of flow measurement in partially-filled pipes using one path showed that the ultrasonic flow meter is strongly affected by the deviation of the flow field from the assumed model. The use of multi-path ultrasonic phased array improved the accuracy of flow measurement. in 3 and 5 paths, the performance of the flowmeter gives more accurate results when the outer path is further away from the center line.

تخمين دبي جريان , دبي سنج اولتراسونيك , آرايه فازي , انتگرال گيري عددي , لوله هاي نيمه پر

Flow measurement , Ultrasonic flowmeter , Phased array , numerical integration , partially filled pipes

Noureddin Sakhavi

Nouroz Mohammad Nouri