تحليل CFD حسگرهاي ميكرو ترمال براي اندازه‌گيري جريان گاز مصارف خانگي

كارشناسي ارشد

اندازه‌گيري دقيق جريان گاز يك نياز اساسي در بسياري از صنايع به‌خصوص در مصارف خانگي است. در حال حاضر از كنتورهاي گاز ديافراگمي جهت اندازه‌گيري مصارف خانگي گاز استفاده مي‌شود كه يك فنّاوري بسيار قديمي و كم‌دقت است. در سال‌هاي اخير استفاده از جريان‌سنج‌هاي ميكرو ترمال يا همان جريان‌سنج حرارتي MEMS به دليل اندازه‌ كوچك، توان مصرفي پايين و دقت مناسب رو به رشد است. بااين‌حال جريان‌سنج ميكرو ترمال به بهينه‌سازي در حساسيت به تغيير دبي و توان مصرفي نياز دارد. هدف اين پروژه، شبيه‌سازي CFD اين نوع از جريان‌سنج‌ جهت پيش‌بيني عملكرد و بهينه‌سازي هندسه آن است. طبق بررسي مطالعات پيشين مناسب‌ترين هندسه جهت استفاده در اندازه‌گيري مصارف گاز خانگي انتخاب شد و توسط نرم‌افزار كامسول به بهينه‌سازي هندسه گرم‌كن و ميكرو كانال اين هندسه پرداخته شد. برخلاف كارهاي پيشين در شبيه‌سازي اين جريان‌سنج، دقيقاً مانند نمونه‌هاي تجربي عمل شد يعني با كوپل معادلات مومنتوم، انرژي و الكتريسته و تبديل الكتريسيته به حرارت در گرم‌كن و به دست آوردن خروجي جريان‌سنج به‌صورت ولتاژ، به بررسي عملكرد جريان‌سنج پرداخته شد كه نتايجي با خطاي 8/4 درصد نسبت به داده‌هاي تجربي بدست آمد. در اين پروژه تأثير ارتفاع و عرض كانال، و ابعاد هندسي گرم‌كن بر عملكرد جريان‌سنج با استفاده از نرم‌افزار ديزاين اكسپرت بررسي شد. طبق نتايج با كاهش ارتفاع كانال حساسيت جريان‌سنج در دبي‌هاي بالا افزايش مي‌يابد اما در دبي‌هاي پايين تقريباً بدون تغيير است و همچنين توان مصرفي نيز در تمام دبي‌ها ثابت است. با افزايش عرض كانال و طول گرم‌كن، حساسيت جريان‌سنج و توان مصرفي در تمام دبي‌ها كاهش مي‌يابد اما سرعت تغيير توان مصرفي بيشتر از سرعت تغيير حساسيت جريان‌سنج است. با افزايش سطح مقطع گرم‌كن حساسيت جريان‌سنج و توان مصرفي افزايش مي‌يابند. در ادامه با بهينه‌سازي توسط نرم‌افزار ديزاين اكسپرت سه جريان‌سنج با ابعاد مختلف ارائه‌شده‌اند كه داراي حساسيت‌هاي mV/(ml/min) 0030/0، 0106/0 و 0152/0 هستند. مدت‌زمان كاركرد آن‌ها توسط دو عدد باتري 750 ميلي‌آمپري به ترتيب 13، 5/3 و 1/1 سال است. در بخش دوم پروژه، جهت به‌كارگيري اين جريان‌سنج براي گاز خانگي، به طراحي سيستمي كه هم‌زمان ظرفيت كنتورهاي G4 و G6 را پوشش مي‌دهد، پرداخته شد. اين سيستم‌ شامل يك مسير كنارگذر (ميكرو كانال) است كه جريان‌سنج به آن متصل است و با كوپل مدل جريان مغشوش و آرام توسط شبيه‌سازي CFD، نسبت تقسيم جريان‌ بين مسير كنارگذر و مسير اصلي در بازه‌ي 025/0 تا 10 متر مكعب بر ساعت به‌صورت چندجمله‌اي درجه 2 و در بازه‌ي 025/0 تا 4/3 متر مكعب بر ساعت به‌صورت خطي به دست آمد. واژه‌هاي كليدي: كنتور ميكرو ترمال گاز، جريان‌سنج حرارتي MEMS، گرم‌كن ميكرو، كانال ميكرو

194710

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي فرايند

دكتر سيد حسن هاشم آبادي