توسعه مدل‌ دبی سنج الکترومغناطیسی با بهر‌ه ‌گیری از الگوی ترکیبی مبتنی بر نتایج شبیه ‌سازی عددی و روش‌ تخمین داده ‌ها

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، آزمایشگاه پژوهشی توربولانس، دینامیک سیالات محاسباتی و احتراق، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم، قم، ایران

2 استادیار، آزمایشگاه پژوهشی توربولانس، دینامیک سیالات محاسباتی و احتراق، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم، قم، ایران

چکیده

دبی سنج‌ های‌ الکترومغناطیسی دستگاه ‌هایی با دقت بالا هستند که می ‌توانند برای اندازه ‌گیری جریان سیال در سیستم ‌های مهندسی از جمله شبکه ‌های آب‌ رسانی شهری بکار روند. در این پژوهش از مدل ‌سازی دبی‌ سنج الکترومغناطیسی با بهر‌ه‌ گیری از الگوی ترکیبی مبتنی بر داده‌ های شبیه ‌سازی عددی و روش‌ های برازش داده برای لوله‌ ای به قطر 100 میلی‌ متر و طول 800 میلی ‌متر در حالت جریان‌ آشفته استفاده ‌شده است. مدل عددی از شبیه ‌سازی سه‌ بعدی با ایجاد میدان مغناطیسی در مرکز هندسه و اندازه‌ گیری دبی سیال با استفاده از قانون فارادی و معادلات ماکسول بهره گرفته ‌است. در واقع فیزیک مسئله به این‌ گونه است که برای اندازه‌ گیری دبی سیال یک میدان مغناطیسی در مرکز هندسه که محل قرارگیری القاء کننده‌ های الکترومغناطیسی است ایجاد شد. با عبور سیال که حاوی هدایت الکتریکی است، شدت القای الکترومغناطیسی در آن مقطع به دست آمد و با استفاده از این داده‌ ها مقدار سرعت و دبی جریان محاسبه شد. بدین منظور شبیه ‌سازی جریان تحت اثر شدت الکترومغناطیسی به ازای مقادیر 01/0 ، 03/0 و 05/0 (تسلا) انجام شده تا مناسب ترین شدت به دست آید. نتایج حاصل شده نشان می‌ دهند تا شدت 03/0، میدان مغناطیسی در ساختار جریان تاثیر چندانی ندارد. به‌ منظور توسعه مدل جایگزین دبی ‌سنج الکترومغناطیسی از روش تخمین سرعت متوسط ورودی مبتنی بر اطلاعات داده ‌های شبیه‌ سازی عددی بهره گرفته ‌شده است. ابتدا برای تعدادی فشار مشخص (اختلاف فشار) شدت میدان در موقعیت حسگرها به دست آمد، سپس با استفاده از این مقادیر سرعت متوسط ورودی با استفاده از نرم‌ افزار به‌دست‌ آمده است. به روش داده ‌کاوی شدت مغناطیسی جدید و متفاوت از مقادیر بکار رفته حاصل شد. به ‌منظور اطمینان از صحت نتایج، داده ‌های حاصل با مقادیر محاسبه ‌شده از نرم ‌افزار، مقایسه شده‌ اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Nashed, M., "Solution of the Electromagnetic Flowmeter Equation", IOPScience Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 5, No. 5, (1972).
 
[2] O’Sullivan, V.T., and Wyatt, D.G., "Computation of Electromagnetic Flowmeter Characteristics from Magnetic Field Data. III. Rectilinear Weight Functions", IOPScience Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 16, No. 8, pp. 1461-1476, (1988).
 
[3] Luntta, E.,  and  Halttunen, J., "The Effect of Velocity Profile on Electromagnetic Flow Measurement", Sensors and Actuators, Vol. 16(4), pp. 335-344, (1989).
 
[4] Lim, K.W., and Chung, M.K., "Numerical Investigation on the Installation Effects of  Electromagnetic Flowmeter Downstream of a 90° Elbow-laminar Flow Case", Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 10, No. 3, pp. 167–174, (1999).
 
[5] Horner,  B.,  "A Novel Profile-insensitive Multi-electrode Induction Flowmeter Suitable for Industrial Use", Measurement, Vol. 24(3), pp. 131-137, (1998).
 
[6] Michalski, A., Starzyński, J., and Wincenciak, A., "3-D Approach to Designing the Excitation Coil of an Electromagnetic Flowmeter", Journal of Transactions on Instrumentation and Measurement, IEEE, Vol. 51, No. 4, pp. 833-839, (2002).
 
[7] Xu, L.J., Li, X.M., Dong,  F., Wang, Y., and Xu, L.A., "Optimum Estimation of the Mean Flow Velocity For the Multi-electrode Inductance Flowmeter", IOPScience Journal of Measurement Science and Technology, Vol. 12, No. 8, pp. 1139-1146, (2001).
 
[8] Xu, L., Han, J., and  Wang, Y., "Design of Electrode Array of Inductance Flowmeter", IEEE Sensors Journal, Vol. 5, No. 5, pp. 929-933, (2005).
 
[9] Thess, A., Votyakov, E.V., and Kolesnikov, Y., "Lorentz Force Velocimetry", APS  Journal of Physical Review Letters, Vol. 96, No. 16, pp. 1-4, (2006).
 
[10] Karamifard, M., Kazeminejad, M., and Maghsoodloo, A., "Design and Simulation of Electromagnetic Flow Meter for Circular Pipe Type", International Journal of Mathematical, Computational, Physical, Electrical and Computer Engineering, Vol .5, No. 2, pp. 416-421, (2011).
 
[11] Lu, B., Xu, L., and Zhang, X., "Three-dimensional MHD Simulations of the Electromagnetic Flowmeter for Laminar and Turbulent Flows", Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 33, pp. 239-243, (2013).
 
[12] Cao, Z., Song, W., Peng, Z., and Xu, L., "Coil Shape Optimization of the Electromagnetic Flowmeter for Different Flow Profiles", Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 40, pp. 256-262, (2014).
 
[13] Martim, A.L.S.S, Dalfré Filho, J.G., De Lucca, Y.F.L., and Borri Genovez, A.I., "Electromagnetic Flowmeter Evaluation in Real Facilities: Velocity Profiles and Error Analysis", Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 66,  pp. 44-49, (2019).
 
[14] Palau, C.V., Do Bomfim, G.V., De Azevedo, B.M., and Peralta, I.B., "Numerical Study of Upstream Disturbances on the Performance of Electromagnetic and Ultrasonic Flowmeters", Scientia Agricola, Vol. 77, No. 4, pp. 1-8, (2020).
 
[15] Ge, L., Chen, J., Tian, G., Ahmed, J., and Huang, Q., "Study on a New Electromagnetic Flowmeter Based on Three-value Trapezoidal Wave Excitation", Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 78, Article Number. 101882 (2021).
 
[16] Shercliff, J.A, "The Theory of Electromagnetic Flow-measurement", Cambridg Science Classics, Fellow of Trinity College and Lecturer in the Department of Engineering University of Cambridge, Cambridge University Press, pp. 143, (1962).