33094

شبيه‌سازي CFD و مطالعه تجربي دبي سنج فراصوت گاز فلر

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي-طراحي فرايند

1400

1403/10/26

سيد حسن هاشم‌آبادي

سيد فواد موسوي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

اندازه‌گيري دقيق جريان سيالات در صنايع ضروري است و انتخاب دبي‌سنج مناسب يكي از چالش‌هاي اصلي محسوب مي‌شود. انواع دبي‌سنج‌ها مانند توربيني، ديافراگمي و فراصوت متداول‌اند. به دليل هزينه‌هاي بالاي ساخت و بهره‌برداري، محققان استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي را براي تحليل عملكرد و تأثير عوامل مختلف مانند هندسه، نصب مبدل‌ها و تجهيزات جانبي پيشنهاد مي‌كنند. هدف اين تحقيق، شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) به منظور بررسي عملكرد و بهينه‌سازي مبدل‌هاي فراصوت و تعيين مكان مناسب نصب دبي‌سنج بر روي خط تست اندازه‌گيري انستيتو هوشمند اندازه‌گيري گاز فلر مي باشد. در اين پژوهش، ابتدا اثرات عوامل انحراف‌كننده جريان بر پروفايل سرعت مورد بررسي قرار گرفت. نتايج شبيه‌سازي نشان داد كه اين عوامل مي‌توانند موجب آشفتگي و عدم يكنواختي پروفايل سرعت شوند. با اين حال، نصب يكسوكننده جريان پس از اين عوامل، به‌طور مؤثري پروفايل سرعت را به حالت يكنواخت بازمي‌گرداند و شرايط لازم براي عملكرد صحيح دبي‌سنج فراهم مي‌كند. بر اساس شبيه‌سازي‌هاي انجام‌شده، مكان بهينه براي نصب دبي‌سنج فراصوت در فاصله‌اي معادل 48 برابر قطر لوله (48D) پس از يكسوكننده جريان تعيين شد. براي سه سرعت ورودي m/s 3.85، m/s 23.15 و m/s 46.15، سرعت محاسبه شده به روش شبيه‌سازي CFD به ترتيب m/s 4.1764، m/s 23.5072 و m/s 43.528 تعيين شد كه اين مقادير، تطابق خوبي با سرعت‌هاي متوسط ورودي داشتند. بيشترين ميزان خطا بين دو روش شبيه‌سازي و نتايج تجربي برابر با 8 درصد است. در ادامه، ضريب كاليبراسيون جريان نيز از طريق شبيه‌سازي محاسبه گرديد. تحليل‌ها نشان داد كه با افزايش سرعت متوسط جريان، مقدار اين ضريب به عدد يك نزديك‌تر مي‌شود. نتايج اين تحقيق، اطلاعات مفيدي براي طراحي، كاليبراسيون و بهينه‌سازي دبي‌سنج‌هاي فراصوت ارائه مي‌دهد و مي‌تواند در بهبود عملكرد سيستم‌هاي اندازه‌گيري جريان با دقت بالا مورد استفاده قرار گيرد.

1403/12/12

CFD simulation and experimental study of flare gas ultrasonic flow meter

1/15/2026 12:00:00 AM

Accurate measurement of fluid flow in industries is essential, and selecting the appropriate flow meter is considered one of the main challenges. Types of flow meters such as turbine, diaphragm, and ultrasonic are common. Due to the high costs of construction and operation, researchers recommend using computational fluid dynamics (CFD) to analyze the performance and the impact of various factors such as geometry, installation of converters, and peripheral equipment. The aim of this research is to simulate Computational Fluid Dynamics (CFD) to investigate the performance and optimize ultrasonic converters, ultrasonic flow meters, and determine the appropriate location for installing flow meters in different flows. In this study, the effect of flow diverter factors on velocity profile was examined. Simulation results showed that these factors could cause turbulence and non-uniformity in the velocity profile. However, installing a flow straightener after these factors effectively restores the velocity profile to a uniform state and provides the necessary conditions for proper flow meter operation. Based on the simulations conducted, the optimal location for installing ultrasonic flow meters was determined at a distance equivalent to 48 times the pipe diameter (48D) after a flow straightener. For three inlet velocities of 3.85 m/s, 23.15 m/s, and 46.15 m/s, the calculated velocities using CFD simulation were determined to be 4.1764 m/s, 23.5072 m/s, and 43.528 m/s, respectively, which were in good agreement with the average inlet velocities. The maximum error between the two simulation methods and the experimental results is 8%. Furthermore, the flow calibration coefficient was calculated through simulation. The analyses showed that as the average flow velocity increases, this coefficient approaches the value of one. The results of this research provide useful information for designing, calibrating, and optimizing ultrasonic flow meters and can be used to improve the performance of high-precision flow measurement systems.

دبي¬سنج فراصوت، CFD، مبدل فراصوت، پروفايل‌سرعت، پيزوالكتريك، فركانس

ultrasonic flow meter, CFD, ultrasonic transducer, velocity profile, piezoelectric, frequency

Meysam Amanat Jelodar

Seyed hassan Hashemabadi