Etid simulation nan Ekstèn kranpon ultrasons Flow Meter la
Etid la simulation nan ekstèn lakranpon soumèt koule ultrasonsenplike nan modèl ak simulation prensip k ap travay la ak pèfòmans nan mèt koule a optimize konsepsyon li yo, amelyore presizyon mezi, oswa evalye pèfòmans li nan diferan kondisyon opere.
Modèl simulation nimerik
Modèl simulation nimerik aplike pou etabli modèl matematik pou koule likid ak pwopagasyon vag ultrasons, ki gen ladan ekwasyon dinamik likid ak ekwasyon acoustic. Zouti Computational Fluid Dynamics (CFD) yo itilize pou modèl koule likid la. Zouti sa yo ka simulation tourbiyon, distribisyon vitès koule, elatriye, epi analize enpak pwopagasyon vag ultrasons. Ki baze sou CFD, analiz acoustic fèt pou simulation pwopagasyon ak refleksyon siyal ultrasons la. Lojisyèl simulation acoustic (tankou modil acoustic nan COMSOL Multiphysics) ka itilize pou konplete sa. Se analiz eleman fini (FEA) nan estrikti nan Capteur ultrasons fèt yo konprann pèfòmans li yo nan diferan kondisyon. FEA ede analize efè ekspansyon tèmik, Vibration, elatriye, sou rezilta mezi yo. Kontak ant Capteur a ak tiyo a konsidere kòm nan simulation pou evalye efè li sou transmisyon ultrasons.
Verifikasyon ak Optimizasyon Laboratwa
Nan laboratwa a, yo itilize yon ban tès koule pou mezi aktyèl koule, epi rezilta yo konpare ak rezilta simulation pou verifye presizyon modèl simulation. Paramèt modèl simulation yo ajiste baze sou rezilta eksperimantal pou amelyore presizyon prediksyon. Atravè simulation, pozisyon Capteur a, konsepsyon aparèy, ak metòd enstalasyon yo optimize pou amelyore presizyon mezi ak estabilite. Swiv apwopriyekranpon sou gid enstalasyon mèt koule ultrasonsenpòtan anpil pandan pwosesis optimize sa a, paske enstalasyon kòrèk ka afekte presizyon mezi yo anpil. Diferan kondisyon fòt (tankou bul, patikil solid) yo simulation nan simulation pou evalye enpak yo sou pèfòmans mèt koule. Pandan pwosesis eksperimantal la, pwopriyete fizik likid la (tankou tanperati ak presyon) bezwen konsidere kòm pwopriyete sa yo afekte vitès pwopagasyon vag ultrasons. Anplis de sa, bri ak entèferans nan anviwònman reyèl la ka afekte bon jan kalite a nan siyal la ultrasons, ki tou mande pou optimize nan algoritm pwosesis siyal atravè simulation ak eksperyans.
COMSOL Multiphysics Simulation Analiz
Lè w pran lojisyèl COMSOL Multiphysics 5.6 kòm yon egzanp pou konstriksyon modèl ak analiz simulation, simulation ka analize enpak diferan ang, materyèl tiyo, dyamèt tiyo, frekans ultrasons, ak metòd enstalasyon sou pwopagasyon vag ultrasons. Dyagram nan chema nan modèl la mezi koule ultrasons yo montre nan Figi 3.6. Pou amelyore efikasite enfòmatik solisyon modèl 3D a, anjeneral nou itilize simetri pou simulation mwatye kanal la pou reprezante tout modèl la. Pandan pwosesis konstriksyon modèl la, yo ta dwe konsidere enfliyans diferan materyèl tiyo sou ang refraksyon ultrasons, osi byen ke diferan distans orizontal deplasman pou de transducteurs yo enstale anba diferan dyamèt tiyo.
Figi 3.6 Schematic Dyagram nan konstriksyon Modèl Mezi Flux à
Metòd enstalasyon transducer
Pou satisfè egzijans jeneral pou mezire dyamèt tiyo diferan, yo ta dwe itilize diferan frekans k ap travay nan transduktè ultrasons ak metòd enstalasyon transducer diferan nan mezi koule ultrasons. Lakranpon sou kalite mèt koule ultrasonsofri avantaj patikilye nan sans sa a, paske li pèmèt pou enstalasyon ki pa-anvasif san yo pa bezwen koupe tiyo oswa fèmen pwosesis. Metòd enstalasyon komen yo enkli fòm V-, fòm Z-, fòm N-, ak fòm W-. Pou etidye enpak diferan metòd enstalasyon transducer sou siyal pwopagasyon vag ultrasons, li nesesè pou fè rechèch ki gen rapò. Atik sa a sitou itilize Z-fòm transducer metòd enstalasyon modèl simulation kòm yon egzanp pou demonstrasyon.
Metòd Galerkin Diskontinu ak Divizyon Gri
Nan COMSOL Multiphysics 5.6, yo itilize modil koòdone "Ekwasyon Konveksyon, Domèn Tan Eksplizite", epi pa default, li fòme yon pati nan fòmil la ak fonksyon kwatik. Pou rezoud pwoblèm vag, metòd Discontinuous Galerkin te pwouve yo dwe yon metòd efikas. Metòd Discontinuous Galerkin senplifye pwoblèm divizyon kadriyaj la nan gwo modèl, sa ki pèmèt itilize kadriyaj tetraedrik gratis ak mwatye longèdonn -, epi finalman rezoud tout modèl la. Nan divizyon kadriyaj aktyèl la, anjeneral nou mete gwosè eleman kadriyaj la nan nenpòt valè ant mwatye yon longèdonn ak de tyè yon longèdonn pou jwenn rezolisyon espasyal apwopriye. Lè w ap itilize rezolisyon eksplisit nan domèn tan-, se lojisyèl COMSOL ki kontwole gwosè etap tan entèn la, kidonk pi piti eleman gri nan modèl la kontwole etap tan an. Lè yo mete eleman gri tetraedral gratis, yo dwe kontwole gwosè eleman maksimòm ak minimòm yo. Nan COMSOL Multiphysics 5.6, pou "Ekwasyon Konveksyon" tan-domèn koòdone klè, etap tan entèn la otomatikman chwazi dapre nivo rafineman kadriyaj la ak pwopriyete fizik yo. Figi 3.7 montre divizyon kadriyaj la pou etidye vitès koule background ak acoustics lè l sèvi avèk metòd enstalasyon fòm Z-.
(a) Vitès koule background (b) Acoustics
Figi 3.7 Divizyon Kadriyaj pou Etidye Vitès Koule Fond ak Acoustics nan diferan moman
Konfigirasyon jaden fizik
Apre yo fin konstwi modèl la, jaden fizik yo bezwen mete. Se domèn nan likid nan tiyo a mete kòm jaden fizik koule laminar oswa ajite pou simulation likid la nan tiyo a pandan itilizasyon aktyèl la; domèn nan likid nan tiyo a, tiyo a, ak transducteurs yo sou tou de bò nan tiyo a yo mete kòm "Ekwasyon Konveksyon, Tan Domèn Eksplizite" jaden fizik simulation pwopagasyon nan vag ultrasons. Nan konfigirasyon jaden fizik "Ekwasyon konveksyon, tan domèn eksplisit", pwent tiyo yo defini kòm limit enpedans pou tronpe kalkil la. Nan simulation laminè oswa ajite, inlet likid la se sou bò gòch la, ak priz la likid se sou bò dwat la. Abraslè soumèt koule ultrasonskonfigirasyon etabli ak yon transmetè ultrasons enstale sou bò anba tiyo a, ak yon reseptè enstale sou bò anwo. Yon vitès nòmal aplike nan fen transmetè pou emèt vag ultrasons.
Modèl Eta likid ak analiz
Lè w ap itilize lojisyèl COMSOL Multiphysics 5.6 pou simulation mezi koule ultrasons, eta likid la nan tiyo a bezwen modle ak analize an premye. Pran yon tiyo PVC ak yon dyamèt ekstèn 15 mm ak yon epesè miray 0.75 mm kòm yon egzanp, simulation laminar ak ajite yo te fèt. Simulation sa yo esansyèl pou konprann koumanbraslè ultrasons sou mèt koulefè nan divès kondisyon koule. Simulation koule laminar itilize modil "Laminar Flow" nan COMSOL Multiphysics 5.6 pou konfigirasyon jaden fizik, ak simulation koule ajite sèvi ak modil "Turbulent Flow, k-ω". Figi 3.8 montre grandè vitès koule background nan kondisyon laminè ak ajite.
Soti nan Figi 3.8, li ka wè ke anba kondisyon koule laminar, vitès la koule nan chak pati nan tiyo a se prèske inifòm, fèmen nan vitès la koule mwayèn nan likid la background. Dapre dyagram nan, koulè ki pi fon nan sant tiyo a endike pi gwo vitès koule.
(a) Koule laminè (b) Koule ajite
Figi 3.8 Magnitude Vitès Koule Background Anba Diferan Eta likid
Jan nou koumanse analiz vitès koule
Pou montre pi klè vitès koule nan chak pati nan tiyo a, yo te chwazi yon seksyon nan tiyo a pou trase koub vitès koule nan background. Figi 3.9 montre koub vitès koule background yo anba kondisyon koule laminar ak ajite.
Pou tiyo PVC a ak yon dyamèt ekstèn 15 mm ak yon epesè miray 0.75 mm, yo te fè analiz simulation. Rezilta simulation yo itilize modil "Laminar Flow" yo montre nan Figi 3.9(a). Li ka wè ke nan eta a koule laminar, tranzisyon vitès koule rive sèlman nan yon seri 5 mm sou sifas la tiyo, pandan y ap vitès la koule nan lòt kote se apeprè 10 m / s, ki endike ke likid eksperyans koule lag tou pre miray la tiyo akòz friksyon tiyo. Kontrèman, rezilta simulation yo lè l sèvi avèk modil "Koulman ajite, k-ω" yo montre nan Figi 3.9(b). Li ka wè ke anba kondisyon an nan yon vitès koule mwayèn nan 10 m / s, vitès la koule tou pre miray la tiyo se sou 4.5 m / s, ak vitès la koule nan sant la nan tiyo a ka rive nan apeprè 12.2 m / s, ak distribisyon an vitès koule fòme yon fòm parabolik.
(a) Koule laminè
(b) Koule ajite
Figi 3.9 Koub Vitès Koule Anba Diferan Eta likid
