تحليل CFD عملكرد دبي‌سنج التراسونيك آب خانگي

كارشناسي ارشد

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.

195217

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي فرايند

دكتر سيد حسن هاشم آبادي