حل معادلات حاکم و تحلیل میزان تأثیر گرادیان شعاعی دما در سطح مقطع خطوط لوله با جریان لایه ای بر ایجاد خطا در دبی سنج التراسونیک

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:113
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

چكيده 1

  • هدف از اين پروژه تحقيق در خصوص تاثير گراديان شعاعي دما بر ايجاد خطا در فلوميترهاي التراسونيک با تکنولوژي گذر زمان مي باشد.اين پروژه منحصرا به سيال تراکم ناپذير و با رژيم جريان متقارن آرام در خطوط لوله انتقال نفت و گاز پرداخته است.اين حالت معمولا با فاصله حدودي 100D از خروجي شيرهاي فشار شکن انشعاب خطوط تغذيه شهري از مسيرهاي IGAT اتفاق مي افتد که به دليل افت فشار و کاهش سرعت در طي دو مرحله دماي سيال کاهش يافته و اختلاف دمايي مابين گاز و محيط افزايش مي يابد.
  • براي شبيه سازي موضوع فوق از سيال متان جهت مدل سازي عددي استفاده شده است.بطوريکه در ابتدا ضمن مدل سازي شرايط فلوميتر به صورت لوله مستقيم با جريان توسعه يافته آرام دما و سرعت، ضمن لحاظ نمودن تاثير پروفيل دما بر روي خواص فيزيکي سيال، حل Fluent صورت پذيرفته با نتايج حل تحليلي مقايسه گرديده است.سپس با استفاده از هندسه مساله و معادله پيشروي صوت در فضا،فرمول تحليلي لازم جهت محاسبه زمان رفت و برگشت مابين ترانسديسرها بدست آمده و اين زمانها در فرمول تجاري موجود در پردازشگر فلو ميتر جايگذاري مي شود.لذا ميزان افزايش خطا در اثر افزايش گراديان شعاعي دما در اين حالت قابل محاسبه خواهد شد.

مقدمه 2

حواس آدمي شامل حس‌هاي بينايي، بويايي، شنوايي، چشايي و لامسه نقش تعيين کننده اي در زندگي او دارند. از بين اين حس‌ها بينايي و شنوايي در فواصل دور نيز کار مي کنند ولي سه حس ديگر اين قابليت را ندارند. اما در زير آب شرايط فرق مي کند، اجسام در فواصل دور زير آب قابل ديدن نيستند ولي امواج در زير آب قابل شنيدن هستند و در فواصل دور منتقل مي شوند. تحقيقات نشان داده است که وال ها و دلفين ها در زير آب از امواج مافوق صوت براي رديابي مسير و رسيدن به هدف و برقراري ارتباط استفاده مي کنند.

امواج التراسونيک براي اولين بار در هنگام جنگ جهاني اول در ساخت ترانسديوسرهاي زيرآبي به کار رفت. در سال 1912 پس از برخورد کشتي تايتانيک با کوه يخ و غرق شدن آن تحقيقات به سرعت به اين نتيجه رسيد که در فرکانس هاي بالا رزولوشن رديابي کوه يخ بيشتر مي شود که اين منجر به استفاده از امواج با فرکانس هاي بالاتر از صوت شد و زمينه را براي اولين بار کار آقاي لنجوين که پدر امواج التراسونيک شناخته مي شود، فراهم کرد. اين کار تحقيقاتي در خلال جنگ جهاني اول با همکاري مشترک کشورهاي انگلستان و فرانسه براي رديابي زيردريايي ها انجام شد. فعاليت هاي آزمايشگاهي اين پروژه و تست هاي آن توسط آقاي لنجوين انجام شد. او بعدها تست‌هايي با محدوده رديابي بالا در حدود 2 کيلومتر انجام داد. با استفاده از کريستال کوارتز براي ساخت ترانسديوسر محدوده رديابي تا 6 کيلومتر هم توسعه داده شد. پس از اين اختراع پيشرفت‌هاي حاصل شده در زمينه التراسونيک محدود به زيردريايي ها نشد و به سرعت چندين و چند کاربرد صنعتي و تجاري التراسونيک ابداع شد.

استفاده از روش زمان عبور التراسونيک براي دبي سنجي بر اساس اختلاف سرعت صوت در راستاي جريان و خلاف جهت جريان مي باشد. اين روش سرعت متوسطي براي طول مسير صوتي معين مي دهد. براي تبديل اين سرعت مسير به سرعت متوسط جريان در تمام سطح مقطع جريان، لازم است تا شناختي مناسب از پروفيل سرعت جريان وجود داشته باشد. هدف اين پروژه به بررسي تأثير گراديان شعاعي دما بر مقدار سرعت به دست آمده به کمک اين روش است.

اصول کلي اين روش در شکل 1 ديده مي شود. دو ترانسديوسر التراسونيک که به صورت نقطه اي در نقاط A و B تصور مي شوند، پالس هاي صوتي کوتاه به صورت مايل و با زاويه α نسبت به محور لوله ارسال و دريافت مي کنند. سيگنال بالارونده از B به A تأخير دارد در حالي که سيگنال پايين رونده از A به B با سيال رونده سرعت مي‌گيرد. زمان عبور  سيگنال بالارونده و زمان عبور  سيگنال پايين رونده اندازه گيري مي شود.

اگر جريان به صورت محوري يکنواخت باشد و سرعت صوت در سيال ثابت باشد که مستلزم ثابت بودن ميدان دماست، سرعت مي  تواند به کمک رابطه زير به دست آيد.

فصل اول

1-1- دبي سنج ها 5

انواع گوناگوني از دبي سنج ها وجود دارد. انواع قوانيين فيزيکي مربوط به حرکت سيال در کانال براي اندازه گيري دبي سيال استفاده شده است. اين روش ها عبارتند از:

روش هاي مکانيک که سيال را به بخش هايي با مقدار مشخص تقسيم مي کنند (ابزارهاي اندازه گيري جابجايي مثبت)

اندازه گيري هاي فشاري (ابزارهاي اختلاف فشار)

برهم کنش ميدان هاي الکترومغناطيس يا صوتي با سيال در جريان (دبي سنج هاي الکترومغناطيس و زمان عبور التراسونيک)

اندازه گيري هاي مربوط به اينرسي (ابزارهاي کوريوليس)

برهم کنش جريان و پره هاي متحرک يا موانع ثابت (توربين و گردابه و روتامتر)

تشخيص سرعت ذرات معلق در جريان (دبي سنج هاي التراسونيک داپلر)

البته شايد دقيق ترين روش هاي اندازه گيري حجم مايع نيازمند تکنولوژي بسيار ساده براي اندازه گيري کميت هاي اساسي: مقياس ها، دماسنج و دانستن چگونگي تغييرات چگالي سيال با دماست. براي اندازه گيري هاي آني، هنگامي که نمي توان جريان سيال را دستکاري کرد، دقيق ترين روش با استفاده از دبي سنج هاي “جابجايي مثبت” به دست مي آيد. اما اين طراحي ها به دليل ضعف هاي مربوط به اينرسي قطعات مکانيکي متحرک محدوده اندازه گيري دبي کوچکي دارند و کمتر استفاده مي شوند.

بسياري طراحي هاي جايگزين دبي سنج، کميتي را که کاملاً وابسته به حرکت سيال در لوله است را اندازه نمي گيرند. اغلب تنها نمونه اي از ميدان جريان کامل با فرض اينکه اين بخش کاملاً بيان گر حرکت متوسط است اندازه گيري مي شود. از اين رو عملکرد دقيق در آزمايشگاه در خلال کاليبره کردن مي تواند به طور چشمگيري در اثر تغيير شرايط ورودي جريان از حالت ايده آل تغيير کند.

1-1-1- دبي سنج هاي التراسونيک 6
1-1-2- يک دبي سنج التراسونيک ايده آل 7
1-2- نيم قرن توسعه دبي سنج هاي التراسونيک 8
1-3- التراسونيک چيست؟ 9
1-3-1- توليد امواج صوتي 9
1-3-2- طبيعت امواج صوتي 10
1-3-3- ترانسديوسرهاي التراسونيک 11
1-4- اندازه گيري فراصوت 15
1-4-1- اندازه گيري موقعيت 16
1-4-2- اندازه گيري فراصوتي سرعت جريان سيال 17
1-4-3- اندازه گيرى ضخامت ماده 18
1-4-4- اندازه گيرى دما و فشار 18

2- روش ساخت مدل در پيش پردازنده گمبيت 20

2-1- طراحي مدل در گمبيت 21
2-2- توليد مش در گمبيت براي شبيهسازي جريان 21
2-3- ايجاد شرايط مرزي مدل در گمبيت 22
2-4- ذخيره نمودن فايل در گمبيت 23

3- معادلات حاکم 24

3-1- معادلات حاکم بر سيال 24
3-1-1- معادله بقاى جرم 24
3-1-2- معادلات بقاى مومنتم 25
3-1-3- معادله بقاي انرژي 26
3-2- روش هاي عددي حل معادلات در فلوئنت 27
3-2-1- روش حل تفکيکي 28
3-2-2- روش حل پيوسته 29

4- مراحل مدل سازي 31

4-1- مروري بر تعريف شرايط مرزي 32
4-1-1- به کارگيري منوي شرايط مرزي 32
4-1-2- تغيير نوع مرز 33
4-1-3- تقسيم بندي انواع نواحي 33
4-1-4- تنظيم کردن شرايط مرزي 34
4-1-5- تغيير دادن نام مرزها 35
4-2- جريان ورودي و خروجي 35
4-2-1- شرايط مرزي جريان 36
4-3- شرايط مرزي ورودي سرعت 37
4-3-1- وروديهاي لازم در مرزهاي ورودي سرعت 37
4-4- شرط مرزي خروجي فشار 38
4-4-1- وروديهاي لازم براي شرط مرزي خروجي فشار 39
4-5- شرط مرزي ديوار 39
4-5-1- وروديهاي لازم در مرزهاي ديوار 39
4-5-2- تنظيم خواص فيزيکي 40
4-5-3- انواع مواد 41
4-5-4- اصلاح خواص يک ماده موجود 41
4-5-5- تغيير نام مواد موجود 42
4-5-6- چگالي 42
4-5-7- لزجت 43
4-6- انجام محاسبات 44

5- ميدان هاي سرعت و دما 47

5-1- ميدان سرعت در جريان آرام توسعه يافته درون لوله با ويسکوزيته ثابت 47
5-2- ميدان دما در در جريان آرام توسعه يافته درون لوله با شار حرارتي يکنواخت 47
5-3- ميدان دما در جريان آرام درون لوله با دماي يکنواخت 48
5-4- حل عددي 49
5-4-1- حالت ويسکوزيته ثابت 49
5-4-2- حالت ويسکوزيته گاز تابع دما 53

6- تغيير سرعت صوت در کانال 60

6-1- تغيير سرعت پيشروي صوت در اثر ميدان سرعت جريان 60
6-2- تغيير سرعت پيشروي صوت در اثر ميدان دما 60
6-3- حل تحليلي تأثير ميدان گراديان شعاعي دما بر عملکرد دبي سنج التراسونيک 62
6-3-1- تئوري 63

7- جمع بندي 73

7-1- بررسي تاثير شرايط هندسي فلوميتر و عدد رينولدز بر نمودار خطاي حاصله 74
7-2- پيشنهادات 79

با توجه به پيشرفت روز افزون فلوميترهاي التراسونيك و گسترش استفاده از اين نوع فلوميترها در اندازه گيري مايعات و گازها.مي توان با انجام طرحهاي مقايسه اي تجربي در آزمايشگاههاي كاليبراسيون.بر فرمول بدست آمده بار ديگر صحه گذاشت.همچنين مي توان تحقيق فوق را در زمينه هاي ديگر نيز گسترش داد كه در ليست زير تعدادي از اين چشم انداز ها آورده شده اند.

1-رژيم جريان توربولنت

2-آرايش بيم هاي مختلف با تعداد بيم بيشتر از يك

3-فشار هاي مختلف

4-مايعات و گازهاي مختلف

8- مراجع 80

پيوست 82
کد UDF نوشته شده براي محاسبه سرعت در فلوئنت 82
کد يودي اف نوشته شده براي فهماندن تغييرات ويسکوزيته بر حسب دما در فلوئنت 83
کد نوشته شده در متلب براي محاسبه دما در لوله با شرط مرزي دماي ثابت 86
کد نوشته شده در متلب، براي بدست آوردن جبهه ي موج و مسير حرکت يک نقطه روي جبهه ي موج: 90
کد نوشته شده در متلب براي محاسبه ي مقدار خطاي اندازه گيري سرعت سيال با فرض انتقال حرارت توسعه يافته شار ثابت (در يك سطح مقطع بر حسب اختلاف دماي متوسط سيال و دماي ديواره) 92
برنامه زمان بندي اجراي رساله 94
مراحل اجراي رساله به تفکيک 95

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت