18338

۱۸۳۳۸

شبيه سازي CFD نازل‌هاي صوتي مورد استفاده در كاليبراسيون كنتورهاي گازي

كارشناسي ارشد

شبيه سازي و كنترل فرايند

شهريور ۱۳۹۶

دكتر سيد حسن هاشم آبادي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

نازل‌هاي صوتي به طور گسترده در كاليبراسيون كنتورهاي گاز كاربرد دارند. اما استاندارد ايزو 9300 مربوط به نازل هاي صوتي و روابط ارائه شده در آن توانايي پيش بيني مناسب ضريب تخليه نازل هاي صوتي در شرايط كاركردي مختلف را ندارند. به همين دليل در اين پژوهش سعي شد با استفاده از شبيه‌سازي عددي جريان درون نازل ونتوري جريان بحراني، عوامل مؤثر بر آن شناسايي شود و بتوان درك درستي از آن‌ها داشت. نازل شبيه‌سازي شده به صورت دوبعدي متقارن در نظر گرفته شد و معادلات پيوستگي و مومنتوم با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت حل شد. از آنجايي كه جريان درون نازل آشفته بود از روش استفاده شد. جريان سيال درون نازل صوتي به صورت گاز تراكم پذير در نظر گرفته شده است و براي تعريف گاز واقعي در نرم افزار فلوئنت معادله ردليش كوانگ به صورت تابع تعريفي كاربر وارد نرم‌افزار شد. شبيه‌سازي‌هاي اوليه با نتايج آزمايشگاهي معتبر اعتبارسنجي شد. متغيرهاي مورد مطالعه شامل بررسي نسبت فشار، دماي ورودي، قطر گلوگاه، طول ناحيه واگرايي، زاويه واگرايي، نوع گاز، زبري ديواره و رطوبت موجود در سيال بود. نتايج به دست آمده نشان داد كه افزايش قطر گلوگاه موجب افزايش ضريب تخليه تا 13% مي‌شود. همچنين بررسي ميزان تاثير زبري بر روي ضريب تخليه نشان داد كه هر چه ميزان زبري نسبي بزرگتر باشد، ضريب تخليه تا مقدار 3% كمتر مي‌شود. از سوي ديگر نتايج نشان داد هر چه ميزان بخار آب موجود در هوا بيشتر باشد، مقدار ضريب تخليه تا 4/0% كاهش پيدا مي‌كند. در انتها نيز به منظور اصلاح روابط موجود، رابطه اي جديد براي پيش بيني ضريب تخليه ارائه شد. واژه‌هاي كليدي: نازل صوتي، ضريب تخليه، شبيه‌سازي عددي، زبري ديواره، رطوبت.

1396/10/25

1/15/2018 12:00:00 AM

Critical nozzles are widely used in gas flowmeters calibration. However, the critical nozzles standard (ISO 9300) and the presented formula for calculating discharge coefficient in this standard can not predict the discharge of sonic nozzles under different operating conditions. Due to mentioned reason, in this study, the numerical simulation of the flow in the sonic nozzles carried out and different factors affecting it were identified and understood correctly. The studied variables included the study of the pressure ratio, inlet temperature, throat diameter, divergence length, divergence angle, type of gas, wall roughness and moisture content in the fluid. The results showed that an increase in the throat diameter increased the discharge coefficient up to 13%. Also, study of the wall roughness effect on discharge coefficient showed when the relative roughness increased, the discharge coefficient has less values. On the other hand, the results showed when the amount of moisture in the air is higher, the amount of discharge coefficient is reduced. Finally, a new relationship has been proposed to predict discharge coefficient in order to correct existing relationships. Keywords: Sonic Nozzle, Discharge Coefficient, Numerical Simulation, Wall Roughness, Moisture.