تحلیل عددی و تجربی عملکرد دبی‌سنج‌ اریفیسی صنعتی در یک واحد نیروگاهی

نوع مقاله: مقاله مکانیک

نویسندگان

دانشگاه کاشان

چکیده

اریفیس­ها یکی از وسایل رایج اندازه­ گیری دبی سیال درون لوله­ ها می­باشند. اساس کار دبی­ سنج اریفیسی ایجاد اختلاف فشار سیال قبل و بعد از اریفیس می­باشد که با استفاده از آن می­توان دبی واقعی سیال را اندازه گیری کرد. میزان افت فشار ایجاد شده در اریفیس و نیز ضریب تخلیه آن تابع شکل هندسی، نسبت قطر دهانه اریفیس به قطر لوله و عدد رینولدز سیال می­باشد. در این تحقیق عملکرد و دقت اندازه­ گیری یک دبی­ سنج اریفیسی برای اندازه­ گیری مقدار دبی آب خنک­ کاری در یک نیروگاه حرارتی نمونه مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور تعیین میزان افت فشار آب در دو طرف اریفیس در دبی­های مختلف، اریفیس دبی­ سنج به همراه اتصالات آن درنظر گرفته شده و جریان سیال داخل آن شبیه­ سازی شده است. با توجه به مغشوش بودن جریان آب، از مدل اغتشاشی k-e  استاندارد استفاده شده است. منحنی عملکرد اریفیس با روش عددی بدست آورده شده و با منحنی عملکرد واقعی اریفیس بدست آمده از نتایج تجربی مقایسه شده که بیانگر تطابق مناسب است. همچنین ضریب تخلیه اریفیس در حالت حل عددی و تست آزمایشگاهی نیز به دست آورده شده و با مقادیر داده شده توسط استاندارهای معتبر مقایسه شده است. تحلیل عددی میدان جریان مشخص نموده است که سرعت بیشینه در فاصله­ای حدود قطر دهانه اریفیس و در پایین دست آن اتفاق می­افتد و در این مقطع، سرعت جریان آب بیش از چهار برابر سرعت جریان آب ورودی به لوله است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental investigation performance of industrial orifice flowmeter in a power plant

نویسندگان [English]

  • majid moradi bastani
  • majid sabzpooshani
kashan
چکیده [English]

One of the most common  of measuring  mass fluid flow rate through the  pipes are  orifice flowmeter. Orifice flowmeters work based on the fluid pressure difference before and after of the orifice which could be measured acual mass flow rate. The orifice pressure drop and the discharge coefficient are related on geometrical shape of orifice, the ratio of orifice diameter  to the pipe diameter and  Reynolds number of fluid flow. In this study, the performance and accuracy of an orifice flow meter for measuring the mass flow rate of cooling water in a sample thermal power plant  is examined. In order to determine the water pressure drop on both sides of the discharge orifice, the orifice flowmeter with connections taken into account and fluid flow inside it is simulated. Due to the turbulent flow of water, the standard k-e turbulence model is used. The performance orifice curve has been obtained numerically and it compares with the actual performance curve orifice obtained from experimental data. This comparision shows a good match. Also the orifice discharge coefficient obtained by numerical and experimental methods and compared with values given by valid standards that indicates good agreement. The numerical analysis has determined that maximum flow velocity  occurs about one orifice diameter downstream of the orifice location and in this point, velocity of  flow is more than four times the average velocity of flow in the pipe entrance.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical Solution
  • orifice flowmeter
  • accuracy of mass flow measurement
  • incompressible and turbulent flow
  • experimental results
Miller R W. (1996), Flow measurement engineering handbook, 3rd (McGraw-Hill, New York).
 
[2] British Standards I. (1997), Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices. Pt.1, Orifice plates, nozzles, and Venturi tubes inserted in circular cross-section conduitsrunning full (BSI, London).
 
[3] International Standard Organization for Switzerland, (1980) Measurement of fluid flow by means of orifice plates, nozzles and venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full (ISO, Switzerland).
 
[4] Davis, R.W. and Mattingly, G.E. (1977), “Numerical Modeling of Turbulent Flow through thin Orifice Plates”, National Bureau of Standards Special Publications 484, Proceedings of the Symposium on Flow in Open Channels and Closed Conduits held at NBS, Gaithersburg, MD, pp. 491-522, February 23-25.
 
[5] Abou El-Azm Aly, A., Chong, A., Nicolleau, F., Beck, S. (2010). “Experimental study of the pressure drop after fractal-shaped orifices in turbulent pipe flows”, Exp. Therm. Fluid Sci. Vol. 34 (1), pp. 104–111.
 
[6] Hurst, D., Vassilicos, J.C. (2007). “Scalings and decay of fractal-generated turbulence”, Phys. Fluids Vol. 19 (3).
 
[7] Seoud, R.E., Vassilicos, J.C. (2007). “Dissipation and decay of fractal-generated turbulence”, Phys. Fluids Vol. 19 (10).
 
[8] Jankowski, T.A., Schmierer, E.N., Prenger, F.C., Ashworth, S.P. (2008). “A series pressure drop representation for flow through orifice tubes”, J. Fluids Eng, Vol. 130 (5), pp. 051201–051204.
 
[9] Davis, R.W. and Mattingly, G.E. (1977). “Numerical Modelling of Turbulent Flow Through Thin Orifice  Plates”, Proceedings of the Semp. on Flow in Open Channels and Closed Conduits Held at NBS, pp. 23-25.
 
Tunay, T. (2002). “Investigation of Laminar and Turbulent Flow Characteristics through Orifice with Variable Thicknesses”, MSc. Thesis, Çukurova University Institute of Natural and Applied Sciences.
 
[11] Tunay, T., Sahin, B. and Akıllı, H. (2004). "Investigation of Laminar and Turbulent Flow Through an Orifice Plate Inserted in a Pipe", Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, 28(2B), 403-414.
 
[12] Smith E, Artit R, Somravysin P, Promvonge.(2008). “Numerical investigation of turbulent flow through a circular orifice”, KMITL Sci. Technol. J. Vol. 18 (1), 8.
 
[13] Nail, G.H. (1991). A Study of 3-Dimensional Flow Through Orifice Meters, Ph.D. Dissertation, Texas A&M University.
 
[14] Filho, J.A., Santos, A.C., Navarro, M.A. and Jordão, E. (2015). “Effect of chamfer geometry on the pressure drop of perforated plates with thin orifices”, Nuclear Engineering and Design, Vol. 284, pp. 74– 79.
 
[15] Oliver, B., Peter, L., Karsten, T. (2013). “Reynolds number dependence of an orifice plate”, Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 30, pp. 123– 132.
 
[16] Shanfang, H., Taiyi, M., Dong, W., Zonghu, L. (2013). “Study on discharge coefficient of perforated orifices as a new kind of flowmeter”, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 46, pp. 74– 83.
 
]17[ صنیعی نژاد، مهدی. (1388)، مبانی جریان­های آشفته و مدلسازی آن­ها (از مفاهیم مقدماتی تا اصول کاربردی)، انتشارات دانش نگار.
[18] American Society of Mechanical Engineers, (2004), Performance Test Codes, Flow Measurement, Section 4-orifice meters, ASME PTC 19.5.