22871

تحليل CFD عملكرد دبي‌سنج التراسونيك آب خانگي

كارشناسي ارشد

طراحي فرايند

1399/3/27

دكتر سيد حسن هاشم آبادي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

امروزه استفاده از دبي‌سنج‌هاي التراسونيك به علت استفاده از تكنولوژي جديدتر در صنايع مختلف بسيار گسترش پيدا كرده است. اين نوع دبي‌سنج با استفاده از مبدل‌هاي پيزوالكتريك فرستنده و گيرنده، با توليد موج فراصوت در داخل مسير سيال و با استفاده از سرعت صوت داخل سيال به محاسبه سرعت جريان مي‌پردازد با توجه به اينكه تاكنون دبي‌سنج التراسونيك آب در مقياس خانگي به طور عمده مورد استفاده قرار نگرفته است. در اين پژوهش در نظر است با استفاده از دانش موجود به طراحي دبي‌سنج التراسونيكي پرداخته شود كه محدوديت‌هاي استفاده دبي‌سنج‌ها در قطرهاي پايين‌تر را برطرف كند. در شبيه‌سازي عددي اين پژوهش، تحليل‌هاي هيدروديناميكي هندسه‌ها و تحليل آكوستيكي دبي‌سنج در حالت جريان ساكن و حالت جريان‌دار انجام مي‌گيرد. معادلات حاكم مورد استفاده در شبيه‌سازي اين پژوهش شامل معادله مومنتوم، معادله پيوستگي، معادله اغتشاش ε-k‌، معادله انتقال موج ومعادلات مواد پيزوالكتريك مي‌شود. در تحليل آكوستيكي از كوپل‌ها و تكنيكي‌هاي مختلفي جهت بهينه‌سازي محاسبات شامل كوپل يك طرفه غير مستقيم روش حل المان محدود (FEM) براي شبيه‌سازي مبدل‌هاي پيزوالكتريك با روش حل گالركين پيوسته (DG) براي انتشار موج استفاده شده است و همچنين جهت بهينه‌سازي بيشتر و كاهش زمان محاسبات از كوپل حل سه بعدي جريان و مبدل‌ها با حل دو بعدي انتقال موج به عنوان يك روش منحصر بفرد(براي اولين باردرشبيه‌سازي دبي‌سنج التراسونيك مايع) استفاده شده است. جهت انتخاب هندسه مناسب پارامترهاي مختلفي شامل زاويه ورود جريان به دبي‌سنج و محل تلاقي لوله ورودي به لوله اصلي مورد شبيه‌سازي نهايي قرار گرفته است. در نهايت يك هندسه بهينه جهت شبيه‌سازي آكوستيكي انتخاب شده است. در شبيه‌سازي عددي ميزان خطاي اندازه گيري دبي‌سنج برابر با 43/7٪ است كه از اين مقدار 5 درصد خطا براي شبيه‌سازي سرعت ورودي به دبي‌سنج است كه در واقع خطاي اندازه‌گيري دبي‌سنج برابر با 43/2٪ است. به طور كلي از نتايج خاص از اين پژوهش مي‌توان به بررسي كسب دانش‌فني مرتبط با طراحي و بهينه‌سازي دبي‌سنج التراسونيك آب، شبيه‌سازي عددي پروفايل جريان و تاثير پارامترهاي مختلف طراحي بر آن، شبيه‌سازي هيدروديناميكي تنها نمونه موجود دبي‌سنج التراسونيك آب، تحليل عددي آكوستيكي هندسه نهايي جهت اطمينان از عملكرد ايده‌آل مبدل‌ها در شرايط دمايي مختلف و در نهايت ساخت نمونه دبي‌سنج آلتراسونيك جهت بررسي‌هاي تجربي اشاره نمود.

1399/09/26

Performance anlaysis of Residental Ultrasonic Water meter by CFD simulation

6/16/2020 12:00:00 AM

Today, the use of ultrasonic flowmeters has expanded greatly due to the use of new technology in various industries. This type of flowmeter uses the transmitter and receiver piezoelectric converters to generate ultrasonic waves by generating ultrasonic waves inside the fluid path and using the speed of sound inside the fluid. Due to the use of this technique, this type of moving part flow meter has no effect on flow. Multi-year flow meters have long been used to measure water flow in domestic use. This type of flowmeter has many problems and errors in measurement due to the use of mechanical disconnection, and more importantly, it has a higher measurement start for Dubai. Because so far the ultrasonic water meter has not been used mainly at home. In this study, it is planned to use the available knowledge to design ultrasonic flowmeters that remove the limitations of using flowmeters in lower diameters. In this numerical simulation of this study, the hydrodynamic analysis of geometries and the acoustic analysis of the flowmeter are performed during the static current flow. In acoustic analysis, various couplings and techniques have been used to optimize the calculations, including indirect one-way coupling of the FEM solution method to simulate piezoelectric converters with DG solution method for wave propagation. In addition, in order to optimize and reduce the computation time, the three-dimensional solution of turbulent flow solution and converters with two-dimensional solution of wave transfer have been used as a unique method. The results of this study include the acquisition of knowledge related to design and optimization of water ultrasonic flowmeter, numerical simulation of flow profile and the impact of various design parameters on it, numerical acoustic analysis of final geometry using optimal converters to evaluate converters in different operating conditions. To ensure the ideal performance of the converters, the numerical simulation of the flowmeter in flow mode to check the accuracy of the flowmeter and finally the construction of the ultrasonic flowmeter sample for experimental studies was mentioned.