تأثیر پارامترهای عملیاتی بر روی دقت جریان سنج توربینی با استفاده از شبیه‌سازی CFD

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

آزمایشگاه تحقیقاتی CFD، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله هدف بررسی تاثیر تغییرات دبی، دما و نوع نفت بر روی ضریب اندازه‌گیری جریان سنج توربینی با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و مقایسه آن با داده‌های عملیاتی می‌باشد. معادلات پیوستگی و مومنتوم به همراه شرایط مرزی مناسب به صورت عددی و با استفاده از روش حجم محدود در شرایط پایا حل شده‌اند. وابستگی میدان سرعت و فشار از طریق الگوریتم سیمپل برقرار می‌گردد. برای شبیه‌سازی اغتشاش جریان از مدل RNG-k-ε و برای انفصال ترم‌های جا به جایی از روش اختلاف بالادست درجه دوم استفاده شده است. با استفاده از شبیه‌سازی عددی، مقدار نیروی دراگ و لیفت بر روی پره‌های توربین و از موازنه مومنتوم زاویه‌ای، مقدار ضریب جریان به دست می‌آید. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش دبی، دقت اندازه‌گیری جریان سنج توربینی تقریباً ثابت ‌مانده و با بالارفتن دما دقت اندازه‌گیری افزایش می‌یابد. همچنین تغییر نوع نفت از سنگین به سبک باعث افزایش دقت اندازه‌گیری می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Influence of Operational Parameters on Turbine Flowmeter Accuracy by CFD Simulation

نویسندگان [English]

  • Ahmad Rostami
  • Seyed Hasan Hashemabadi
Computational Fluid Dynamics Research Laboratory, School of Chemical Engineering, Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

In this work, the effect of flow rate change, temperature, and fluid type are considered on meter factor in turbine meter with the aid of Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation. Continuity and momentum equations along with the proper boundary conditions are numerically solved in a steady finite volume frame. SIMPLE algorithm is used for coupling the velocity and pressure field. For the simulation of turbulent flow, the RNG k-ε, and for discretizing the advection scheme the second order upwind are used. The drag and lift force on turbine impellers, and the meter factor utilizing angular momentum balances are gained. The results show that the accuracy increases with temperature enhancement and is almost constant with augmenting flow rate. Moreover, the shift from heavy oil to light oil causes the measurement accuracy to increase

کلیدواژه‌ها [English]

  • Turbine Flow Meter
  • Meter Factor
  • Measurement
  • Petroleum
  • CFD Simulation
مراجع

[1] Merzkirch W., Fluid Mechanics of Flow Metering, Springer Berlin Heidelberg New York., 2005.

[2] Miller R.W., Flow measurement engineering handbook ,McGraw-Hill Book Company., March, 1996.

[3] Baker RC., “Turbine flowmeters: Theoretical and experimental published information”, Flow Measurement and Instrumentation., 4, pp. 123–44, 1993.

[4] White F. M., “Fluid Mechanics”, University of Rhode Island., Fourth Edition, Chapter 7.

[5] Tang P. W., Getting the best measurement from your turbine meters, Terasen Measurement Surrey., BC, Canada, 2010.

[6] Sextro D., Application of turbine meters in liquid measurement, 81st Annual International School of Hydrocarbon Measurement., Oklahoma, USA, 2006.

[7] Mangell A., “Flow measurement techniques”, World Pumps, Issue 507, pp. 32-34, 2008.

[8] Zhen W.,“Computational study of the tangential type turbine flowmeter”, Flow Measurement and Instrumentation.,19, pp. 233-239,1998.

[9] Chen G., Prediction on meter factor of the turbine flow meter with unsteady numerical simulation, ASME Fluids Engineering Conference., Florida, USA, 2008.

[10] Chen G., Prediction on meter factor of the turbine meter considering the effects of cavitation, ASME Fluids Engineering Conference., Colorado, USA, 2009.

[11]. Zhu H.P., Xiao G.X., Zhou Z.Y., Yu A. B., Xu D. L.., “Numerical simulation of the interaction forces between turbine meter and particles in a standpipe”, pp.193-199, Granular Matter, 2004.

[12] Sun L., Zhang T., Zhou Z., Numerical simulation of turbine flowmeter’s three-dimensional flow fields, Proceedings of the 6th World Congress on Intelligent Control and Automation., Dalian, China, 2006.

[13] Stoltenkamp P.W., Dynamics of turbine flow meters, Technische Universiteit Eindhoven., 2007.

[14] Wadlow D., Turbine flowmeters, Sensors Research Consulting., 1998.

[15] Rubin M., Miller R. and Fox W., “Driving torques in a theoretical model of a turbine meter”, Journal of Basic Engineering., Transactions of the ASME., 87(2), pp. 413–420, 1965.

[16] Versteeg H., Malalasekera W., “An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite” Vol. Method (2nd Edition) ”, Pearson Prentice Hall, 2007.

[17] API Manual of Petroleum Measurement Standards (MPMS), Chapter 5, Section 3, Measurement of Liquid Hydrocarbons by Turbine Meters., September 2000.