30893

شبيه‌سازي CFD كنتور فلوئيديك نوساني براي اندازه‌گيري گاز خانگي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1399

1402/6/31

دكتر سيد حسن‌ هاشم¬آبادي

دكتر جويا معروفي

مهندسي شيمي، نفت و كاز

يكي از عمده¬ترين مصرف¬كننده¬هاي گاز در كشور ما بخش خانگي مي¬باشد. عموما كنتور¬هاي ديافراگمي براي اندازه¬گيري گاز مصرفي در اين بخش مورد استفاده قرار مي¬گيرند. باتوجه به مشكلات اين كنتور¬ها و با بررسي¬هاي صورت گرفته كنتور¬هاي گاز نوساني بهترين جايگزين براي اين كنتور¬ها تشخيص داده¬شدند. پس از تكميل مطالعات در اين حوزه، ايجاد يك تكنيك براي افزايش مقياس اين كنتور¬ها به كمك CFD هدف اصلي اين پايان¬نامه در نظرگرفته شد. يك كنتور نوساني كه در حال حاضر در بخش خانگي مورد استفاده قرار مي¬گيرد به كمك نرم افزار ANSYS Fluent شبيه¬سازي شده است. براي بررسي و اعتبار سنجي نتايج به دست آمده از شبيه¬سازي و همچنين بررسي¬هاي تكميلي اين كنتور از يك سامانه¬ي آزمايشگاهي استفاده شد و مطالعات تكميلي بر روي كنتور صورت گرفت. پس از شبيه¬سازي و بررسي بر روي اين كنتور طبق انتظار اين كنتور در بازه¬اي كه عدد بي¬بعد استروهال ثابت است يك رابطه¬ي خطي بين دبي و فركانس نوسانات وجود دارد. يكي از مشكلات اين كنتور¬ها دقت پايين يا عدم توانايي در اندازه¬گيري جريانات با رينولدز پايين بود لذا به بررسي دقيق¬تر مكانيزم اين كنتور در دبي¬هاي پايين پرداخته شد و مشخص گرديد درصورت استفاده از يك منحني عملكرد ديگر، اين كنتور¬ها علاوه بر بازه¬ي ذكر شده قبلي توانايي اندازه¬گيري با دقت بسيار مطلوبي در بازه¬اي كه نوسانات ثابت ايجاد شده تا نقطه¬اي كه عدد استروهال به يك مقدار ثابت برسد، را دارند. نتيجه بررسي صورت گرفته افزايش 22 درصدي بازه اندازه¬گيري كنتور مي¬باشد كه مي¬تواند باعث استفاده گسترده¬تر اين كنتور¬ها شود. براي توسعه يك تكنيك جهت افزايش مقياس كنتور¬ها نوساني به كمك CFD دو كنتور با سايز¬هاي بزرگتر ايجاد و بررسي شدند. در اين بررسي¬ها مشخص گرديد كه مكانيسم كاركرد كنتور¬هاي نوساني به سايز آن¬ها وابسته نيست و فقط به نسبت اضلاع به يكديگر وابسته مي¬باشد. وقتي كنتور¬هاي نوساني با ابعاد مختلف اما نسبت¬هاي يكسان با يكديگر بررسي شدند مشخص گرديد در تمام اين كنتور¬ها عدد استروهال به يك مقدار يكسان مي¬رسد و درواقع اين عدد بي¬بعد جهت افزايش مقياس اين كنتور¬ها كاربرد دارد، در ادامه به شرح كامل اين تكنيك جهت افزايش مقياس كنتور¬ها و پس از آن نيز به تاثير هندسه كنتور¬ها بر روي كاركرد آن¬ها پرداخته شده است. مشخص گرديد كه در كنتور¬هاي نوساني هرچه طول مسير جريان بازگشتي كم¬تر باشد؛ زمان پاسخگويي كم¬تر شده و نويز ايجاد شده كاهش يافته و به طور كلي راندمان كنتور افزايش پيدا مي¬كند.

1403/03/06

CFD simulation of oscillating fluidic meter for domestic gas measurement

9/21/2024 12:00:00 AM

The most important tool we have for measuring gas consumption is gas meters. In this study, considering the importance of this issue and also the low accuracy and many problems of diaphragm meters that are currently used to measure domestic usage; Oscillating meters, which are one of the best meters for replacing diaphragm meters, have been studied. Creating a technique to scale up these meters was considered the main goal of this thesis. In the first step, a fluidic flow meter that is currently used for domestic measurement was simulated using ANSYS Fluent software. Then, to investigate and validate the results obtained from the simulation and also for further studies of this meter, a laboratory system was used and further studies were performed on the meter. After simulating and studying this meter, as expected, this meter has a linear relationship between flow rate and frequency of oscillations in the range that the Strouhal number is constant; This has been repeated many times in previous studies and articles. One of the problems of these meters was low accuracy or inability to measure flows with low Reynolds, so a more detailed study of the mechanism of this meter at low flows was done and it was determined that if a different performance curve is used, these meters can measure with very good accuracy in the range that constant oscillations are created until the Strouhal number reaches a constant value. The result of the study was a 22% increase in the measurement range of the meter, which can lead to more widespread use of these meters. Two meters with larger sizes were created and investigated to develop a technique to scale up oscillating meters using CFD. In these studies, it was determined that the operation mechanism of oscillating meters is not dependent on their size but only on the ratio of their sides to each other. When oscillating meters with different dimensions but equal ratios were studied, it was determined that in all these meters, the Strouhal number reaches a constant value and this dimensionless number is used to scale up these meters. Then, a complete explanation of this technique for scale-up of meters and after that, the effect of the geometry of meters on their performance was discussed. It was determined that in oscillating meters, the shorter the length of the recirculation flow path, the shorter the response time, and the noise generated is reduced, and generally the efficiency of the meter increases.

كنتور نوساني , ديناميك سيالات محاسباتي , افزايش مقياس كنتور نوساني , عدد بدون بعد استروهال , بهينه سازي كنتور نوساني

Oscillating meter , Computational fluid dynamics , Scaling up the oscillating meter , Strouhal dimensionless number , Optimization of oscillating meter

Ali Bahram Shams

Dr. Seyed Hassan HashemAbadi