مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی و عددی جریان آشفته غیردائم در یک دبی‌سنج نوسانی به همراه استخراج نمودار مشخصه

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان
2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان
3 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
در این مقاله، مجرائی خاص معرفی شده که در آن، جت آب ورودی، پس از زمان کوتاهی شروع به نوسان کرده و باعث نوسانات منظم سرعت و فشار می گردد. با توجه به وجود رابطه خطی بین سرعت جت ورودی و فرکانس نوسانات آن، با اندازه گیری فرکانس فشار می توان دبی جریان را محاسبه کرد. به منظور بررسی میدان جریان سیال در هندسه موجود دبی سنج نوسانی و یافتن موقعیت بهینه قرارگیری حسگر های اندازه گیری نوسان، حل معادلات ناویر-استوکس آشفته و غیر دائم توسط نرم افزار ANSYS CFX به طریق عددی انجام شده است. پس از بررسی استقلال حل از شبکه، قابلیت دو مدل آشفتگی کا-اپسیلون و اس اس تی در شبیه سازی غیردائم جریان، بررسی شده است. سپس، کیفیت سیگنال فشار دریافتی از چند نقطه، براساس معیار نسبت ماکزیمم به متوسط نواسانات، مقایسه شده و موقعیت مناسب قرارگیری حسگر مشخص شده است. با ساخت اولین نمونه دبی سنج نوسانی در ایران و قرار دادن حسگر فشار و حسگر پیزوالکتریک در نقطه مناسب، بستر آزمونی فراهم شده و نتایج شبیه سازی عددی صحت سنجی شده اند. مقایسه نتایج عددی با نتایج تجربی نشان داده است که مدل اس اس تی برای این جریان نتایج بهتری دارد. سرانجام، با انجام آزمایش در سرعت های مختلف و دریافت و پردازش سیگنال های فشار، نمودار مشخصه سیستم (فرکانس نوسانات جت ورودی- سرعت جت ورودی) استخراج شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental and Numerical Investigation of Unsteady Turbulent Flow in a Fluidic Oscillator Flow Meter with Derivation of Characteristic Diagram

نویسندگان English

Hamid Madadkon 1
Alireza Fadaei Tehrani 2
Mahdi Nili Ahmadabadi 3
1 M.Sc. Student, Isfahan University of Technology
2 Associate Prof., Dept. of Mechanical Engineering, Isfahan Univ. of Tech.
3 Assistant Prof. ,Dept. of Mechanical Engineering, Isfahan Univ. of Tech.
چکیده English

In this article, a special duct is introduced in which, inlet water jet initiates to oscillate after a short time and it causes the velocity and pressure to oscillate regularly. Considering that there is a linear relationship between the inlet jet velocity and its oscillations frequency, the flow rate can be calculated by measuring the pressure frequency. In order to study the flow field inside the current geometry of fluidic oscillator and also to find the optimum location for sensor to detect the pressure oscillation, the unsteady turbulent Navier-Stokes equations are solved by ANSYS CFX software. Having studied the grid independency, capability of K-ε and SST turbulence models for numerical simulation of unsteady flow inside the fluidic oscillator is considered. Then, according to the peak to average ratio (PAR) criterion, the qualities of pressure signals are compared at some points, to distinguish an optimum pressure sensor position. Afterwards, a prototype of fluidic oscillator flow meter is manufactured for the first time in Iran. Using this prototype and inserting the pressure and Piezoelectric sensor at the optimum point, the numerical simulation results are validated by the experimental data. Comparison between the numerical and experimental results shows that the SST model is more suitable for this flow simulation. Finally, by performing experiments in different flows, acquiring and processing pressure signals, the flow meter characteristic diagram (inlet jet oscillations frequency- inlet jet velocity) are extracted.

کلیدواژه‌ها English

Fluidic Oscillator Duct
Turbulence Numerical Simulation
K-ε
SST
Pressure Sensor