Skip to main content
SUPERVISOR
Alireza Fadaei Tehrani,Nili ahmadabadi Mehdi
علیرضا فدائی تهرانی (استاد راهنما) مهدی نیلی احمدآبادی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hamid Madadkon
حمید مددکن

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Design and Manufacturing of Fluidic Oscillator Flow Meter for Water Metering
So far, several methods have been developed for water flow measurement. One of these methods is using flow meters that operate based on fluid oscillation. Fluidic oscillators that are used for measuring water flow typically comprise a body containing an inlet jet leading into a pair of channels separated by a splitter (or target). Downstream of the splitter the main channel includes two feedback loops that lead back to opposite sides of the path of the fluid that are adjacent the inlet jet. The inlet jet of fluid attaches to the wall of one of the channels by the Coanda effect. Then due to the flow of feedback channels that meet the inlet jet, the jet switches from one wall to the other. It causes pressure, velocity and some other fluid quantities to oscillate at the same frequency. According to the linear relationship between inlet velocity and jet oscillation frequency, the passed flow can be measured. There is no moving part in these flow meters. These flow meters are capable of low error. It is important especially at very low flows. In this research, considering the operating principles, a reverse engineering process is performed on an available flow meter. The X-Ray scanning method is used to identify the internal geometry. After processing the grayscale photos and measurement of dimensions, a prototype is designed and produced. Also, the trend of choosing appropriate sensor, sampling, and signal processing for extracting the oscillation properties are mentioned. For recognizing the oscillation and its frequencies’ characteristics in this prototype, a pressure transmitter and a piezoelectric element are utilized as sensors. In order to get precise information from water flow characteristics in water flow meter’s duct, and also finding an appropriate position for installing pressure-based sensors, the fluid flow is simulated numerically. For numerical study of transient (unsteady) flow by using CFX software, the duct is discretized. With regards to the fluid flow which is turbulent in a wide range of its operating Reynolds, the effects of some turbulence models, like K-? and SST K-? (Shear Stress traort K-?) are considered. Then the results of numerical solution by these models are validated by experimental results which are obtained from produced prototype. Identifying an appropriate position for installing sensor, extracting the characteristics graph of the system (Inlet velocity-Frequency of jet oscillation) and programming a software for acquiring sensor’s data, signal processing and calculating water flow automatically, are other things that have been performed. The capability of piezoelectric sensors for this application is evaluated by comparing its results with pressure transmitter’s ones. Finally, the main effects of the important geometric parameters on system performance in very low Reynolds numbers are evaluated. In this research the full factorial DOE is performed for three 3-level factors and the mean analysis method is used to analyze changes of the factors through those levels. By increasing the inlet width as well as the target distance, the operating Reynolds have decreasing and increasing trend. But by increasing target width the operating Reynolds is decreased. This analysis shows that these geometric factors in available flow meter had been chosen with regards to the requirement of having permanent oscillations between diffuser-shaped walls in low Reynolds numbers. Key Words:Fluidic oscillator flow meter, Turbulence numerical simulation, Sampling, Signal processing,Pressure sensor, Piezoelectric sensor, Full factorial.
تاکنون برای اندازه‌گیری دبی آب روش‌های متعددی ابداع شده است. دبی‌سنج‌هایی که بر مبنای نوسان سیال عمل می‌کنند یکی از این روش‌هاست. در دبی‌سنج‌های نوسانی با ورود جریان سیال از یک نازل به داخل مجرایی دیفیوزر شکل (با دودیوارة زاویه‌دار)، پس از مدت بسیار کوتاه، جت جریان ورودی شروع به نوسانی پایدار بین دو دیواره و در طول زمان کرده و باعث نوسانات منظم سرعت و فشار می‌گردد. با توجه به رابطه‌ای که بین فرکانس نوسان جت سیال با سرعت ورودی آن به مجرا دارد، می‌توان دبی عبوری را اندازه‌گیری کرد. این نوع دبی‌سنج‌ها دارای هیچ عضو متحرک نبوده و قابلیت آن را دارد که در دبی های بسیار کم خطای کمی داشته باشد. در این پژوهش بعد از بررسی اصول حاکم بر عملکرد دبی‌سنج‌های نوسانی، فرآیند مهندسی معکوس بر روی یک نمونة موجود آغاز می‌شود. بدین منظور، برای اطلاع از هندسة داخلی آن از روش غیرمخرب عکس‌برداری اشعة ایکس استفاده می‌شود. با بررسی دقیق‌تر هندسه ومدل‌سازی آن، یک نمونة آزمایشگاهی دبی‌سنج نوسانی طراحی و ساخته شده است. روند انتخاب نوع حسگر، داده‌برداری سیگنال‌های ارسالی از حسگر و بررسی پردازش سیگنال‌ها از جمله مسائل انجام گرفته است. به منظور آگاهی دقیق‌تر از چگونگی حرکت جریان سیال در مجرای دبی‌سنج، همچنین یافتن موقعیت مناسب قرارگیری حسگر‌های اندازه‌گیرندة نوسان، از شبیه‌سازی عددی جریان سیال استفاده می‌گردد. برای مطالعه عددی جریان غیر دائم، با استفاده از نرم افزار CFX، این مجرا شبکه‌بندی می‌شود. با توجه به آشفته بودن جریان، اثر مدل‌های آشفتگی Standard K-? و Shear Stress Traort K-? (SST) در حالت غیر دائم، بر روی جریان آب در مجرا مورد بررسی قرار گرفته، مدل آشفتگی مناسب انتخاب و در نهایت با نتایج تجربی انجام شده توسط نمونة ساخته شده، مقایسه می‌شود. تعیین موقعیت مناسب قرارگیری حسگر، استخراج نمودار مشخصة (فرکانس- سرعت ورودی) سیستم و برنامه‌نویسی یک نرم‌افزار برای پردازش سیگنال‌های دریافتی از حسگر و محاسبة خودکار دبی از دیگر موارد انجام شده است. در نهایت چگونگی عملکرد دبی‌سنج در دبی‌های پایین، با توجه به بررسی اثر کلی تغییر برخی پارامتر‌های هندسی، مورد بررسی قرار گرفته است. کلمات کلیدی: 1-دبی‌سنج نوسانی 2-شبیه‌سازی عددی جریان آشفته 3-داده‌برداری 4-پردازش سیگنال 5-حسگر فشار 6-حسگر پیزوالکتریک. 7- طراحی آزمایش کامل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی