امکان سنجی عددی استفاده از پمپ‌های پیزوالکتریک جهت کاربرد به عنوان پمپ تزریق با در نظر گرفتن بر همکنش سیال و سازه

در این مقاله عملکرد یک پمپ پیزوالکتریک با در نظر گرفتن معادلات اصلی جریان سیال، دیافراگم الاستیک و میدان الکتریکی به صورت عددی شبیه‌سازی شده است. با توجه به اینکه در عملکرد پمپ‌های پیزوالکتریک سیال و سازه هر دو روی هم تاثیر می‌گذارند، شبیه‌سازی با منظور نمودن تاثیرات برهمکنش سیال و سازه به روش دو طرفه انجام شده است. نتایج به‌دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و حداکثر خطا در مقایسه با نتایج تجربی در تحلیل پایدار 9.66 درصد و در تحلیل ناپایدار 8.95 درصد محاسبه شده است. با توجه به پاسخ زمانی خوب و امکان کنترل دبی توسط پمپ‌های پیزوالکتریک، امکان استفاده از پمپ‌ پیزوالکتریک به عنوان پمپ تزریق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که پمپ مورد بررسی می‌تواند جهت تزریق ماده بودارکننده به گاز طبیعی مورد استفاده قرار گیرد؛ به طوری‌که اگر ایستگاه تقلیل فشار گاز پایلوت در حداکثر ظرفیت خود (10000 مترمکعب در ساعت) کار کند، پمپ پیشنهادی در ولتاژ 200 ولت و فرکانس 0.167 هرتز، دبی مورد نیاز ماده بودارکننده را تزریق خواهد کرد. سیستم بودارکننده پیشنهادی علاوه بر امکان کنترل دقیق مقدار ماده تزریق شده، نسبت به سیستم کنارگذر موجود در ایستگاه هزینه اولیه و بهره‌برداری کمتری دارد.

A numerical feasibility study on using piezoelectric pumps as dosing pumps by implementing fluid-structure interaction

In this paper, the performance of a piezoelectric pump is numerically simulated by considering the main equations of fluid flow, elastic diaphragm and electric field. The simulation is conducted using the twoway fluidstructure interaction approach, as the fluid and structure affect each other in performance of piezoelectric pumps. The simulation results are compared with experimental results and the maximum error in steady analysis is obtained 9.66% and in un steady analysis is 8.95%. Due to the good time response and the possibility of flow control by piezoelectric pumps, the feasibility of using piezoelectric pumps as dosing pumps is investigated. The simulation results showed that the designed piezoelectric pump could be used as a dosing pump; so that if the pilot gas pressure reducing station operates at its maximum capacity (10,000 cubic meters per hour), the proposed pump will inject the required odorant at a voltage of 200 volts and a frequency of 0.167 Hz. The proposed odorizer system, in addition to the possibility of precise control of the amount of injected odor, has a lower initial cost and operation cost than the present bypass system at the station.