مطالعه تجربی و شبیه‌سازی cfd عملکرد جریان‌سنج گردابه‌ای در حضور جریان دوفازی گاز- ذره

استفاده از جریان‌سنج‌ گردابه‌ای از لحاظ اقتصادی مقرون lrm;به‌صرفه و از لحاظ فنی به lrm;‌دلیل نصب آسان، قابلیت اطمینان و دقت بالا توجیه‌پذیر است. مکانیزم اندازه‌گیری در این نوع جریان‌سنج‌ها، اندازه‌گیری فرکانس گردابه‌های ایجادشده در پشت بدنه مانع است؛ بنابراین در صورت حضور ناخواسته ذرات و تغییر مشخصه‌های گردابه‌ها، خطای اندازه‌گیری می‌تواند زیاد شود. در این تحقیق اثر پارامترهای تاثیرگذار در جریان دوفازی گاز ذره مانند قطر ذرات، چگالی ذرات، کسر حجمی و میزان بارگذاری جرمی ذرات روی عملکرد جریان‌سنج ‌گردابه‌ای با استفاده از شبیه‌سازی cfd مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که کسر حجمی و قطر ذرات مهم lrm;ترین پارامترهای اثرگذار روی عملکرد جریان‌سنج‌ گردابه‌ای هستند و فرکانس گردابه را تغییر می‌دهند. فرکانس گردابه در جریان‌سنج‌ گردابه‌ای رابطه مستقیم با متوسط سرعت سیال دارد. همچنین طبق رابطه q=va متوسط سرعت سیال در یک سطح مقطع ثابت a متناسب با دبی حجمی سیال (q) است. میکروذرات با توجه به اینکه از گردابه اولیه خود خارج نمی‌شوند فرکانس گردابه را تغییر نمی‌دهند، در حالی‌ که ذرات درشت می‌توانند تا 20% این فرکانس را کاهش دهند. زمانی‌ که کسر حجمی زیاد می‌شود فرکانس گردابه‌ها کاهش پیدا می‌کند و در کسرهای حجمی بالا، نوسانات تشکیل‌شده در پشت بدنه مانع ناپایدار می‌شوند؛ بنابراین از آنجا که اندازه و کسر حجمی ذرات روی فرکانس گردابه و سرعت سیال اثر می‌گذارند، دبی حجمی اندازه‌گیری‌شده توسط جریان‌سنج‌ گردابه‌ای تحت تاثیر حضور ذرات قرار می‌گیرد. به‌منظور اعتبارسنجی، نتایج شبیه‌سازی‌ها با داده‌های تجربی مقایسه شده‌اند. حداکثر خطا برای جریان‌های تک‌فازی 0/46% و برای جریان‌های دوفازی گازذره 6/72% مشاهده شده است.

Experimental Investigation and CFD Simulation of Vortex Flow Meter Performance in Gas-Solid Two-Phase Flow

Using vortex flowmeter is affordable, in addition, simple installation, high reliability, and high accuracy are some advantages of the vortex flowmeter. Vortex flowmeter works based on the vortex shedding principle, hence, the presence of particles in gassolid flows may results in modulation in the turbulence intensity of the carrier phase and manipulate vortex shedding generated by a bluff body. In this study, the performance of the vortex flowmeter in the presence of particles with different sizes, density, solid volume fraction, and solid mass loading was studied with CFD simulation. The results indicated that the volume fraction and particles diameter are two significant parameters that affect vortex frequency. The vortex frequency is proportional to the velocity of gas flow and volume flow rate is calculated by Q= VA where V is average velocity in a pipe section with the area of A. Notwithstanding the neutral effect of microparticles on vortex frequency, moderate particles lessen the vortex frequency approximately by 20%. To coincide with the increase of solid volume fraction, the vortex frequency will descend, and in the high level of solid volume fraction, the vortex pattern goes to reach the instability. Since the size and volume fraction of the particles affects the frequency and consequently velocity, the gas flow rate measured by the vortex flowmeter is influenced by the presence of the particles. The numerical results have been validated with experimental data. The maximum relative error between the numerical simulation and the corresponding experimental data is 0.46% and 6.72 % for singlephase and gassolid twophase flows, respectively.