РОЗРОБКА CFD МОДЕЛІ ТУРБІННОГО ВИТРАТОМІРА ГАЗУ

Автор(и)

  • Iryna Gryshanova Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» http://orcid.org/0000-0002-5175-8052
  • Ivan Korobko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» http://orcid.org/0000-0001-8024-3616

DOI:

https://doi.org/10.20535/1970.60(2).2020.221413

Ключові слова:

турбінний витратомір, CFD, калібрувальна крива, ANSYS CFX, вимірювальний перетворювач витрати

Анотація

Сучасний стан досліджень турбінних витратомірів газу показує, що для реалізації процесу вибору їхніх оптимальних параметрів застосування лише теоретичного підходу є недостатнім, оскільки він багато в чому базується на емпіричному підході. Нині для детального аналізу і прийняття рішень при розгляді задач створення ефективних засобів вимірювання витрати і кількості рідинно- і газофазних середовищ все більше імплементують технології обчислювальної гідрогазодинаміки або CFD технології, тому що саме вони дозволяють проникнути всередину процесу взаємодії потоку із чутливими елементами приладу, а отже врахувати і компенсувати недоліки застосовуваної раніше класичної теорії.

Дана стаття направлена на створення CFD моделі турбінного витратоміра газу, яка дає можливість відтворити роботу його первинного перетворювача в процесі обертання і врахувати особливості взаємодії плинного потоку вимірюваного середовища з турбінним чутливим елементом. Наведено методологію створення моделі турбінного витратоміра на базі 3D сітки з рухомою і стаціонарною частинами у програмному комплексі ANSYS CFX. Методологія складається з п’яти основних етапів, які за потреби можна доповнити параметризаційним дослідженням для оптимізації параметрів конструкції первинного вимірювального перетворювача. Розроблена модель дає змогу побудувати калібрувальну характеристику турбінного витратоміра, змінюючи швидкість потоку (витрату) і фізичні властивості вимірюваного середовища, а також вийти на стаціонарну швидкість обертання турбінки. Робота розпочалася з моделі стаціонарного стану, щоб забезпечити прийнятний початковий рівень, як умову подальшого моделювання. Ці результати далі можуть бути введені в модель перехідного стану.

В ході моделювання було оцінено характеристику зміни рушійного моменту на колесі турбіни в діапазоні витрат, отримано лінії течії і вектори швидкостей в обчислювальному домені. Запропонована модель може виявитися корисною при створенні сучасних конструкцій турбінних витратомірів газу.

Біографії авторів

Iryna Gryshanova, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

доцент кафедри приладобудування

Ivan Korobko, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Директор Інституту аерокосмічних технологій

Посилання

C. L. Tegtmeier, “Analysis of a Turbine Flow Meter Calibration Curve using CFD,” 53rd AIAA Aerosp. Sci.Meet. Am. Inst. Aeronaut. Astronaut., no. January, pp. 1–12, 2015.

Bunyamin, Nyayu Latifah Husni, Hasan Basri and Irsyadi Yani, “Challenges in Turbine Flow Metering System: An Overview”, Journal of Physics: Conference Series, Volume 1198, Issue 4.

R.C. Baker, “Turbine flow meters: II. Theoretical and experimental published information”, Flow Meas. Instrum., 4(3), pp. 123–144, 1993.

Yu.L. Tonkonohii, A. Piadyshius, “Pohreshnost sredstv izmerenyia, primeniaemykh dlia ucheta haza,” Izmeritelnaia tekhnika, №5, pp. 35–38, 1999. [in Russian]

P.H. Krukovskyi, A.S. Polubynskyi, H.A. Parkhomenko, E.V. Tsviashchenko, V.N. Kovalenko, “Analiz rezhymov raboty turbinnoho raskhodomera haza s ispolzovanyem approksimiruiushchykh raskhodno-chastotnykh zavisimostei,” Prom. teplotekhnika, vol. 29, № 6, pp. 91-97, 2007. [in Russian]

S. Guo, L. Sun, T. Zhang, W. Yang, and Z. Yang, “Analysis of Viscosity Effect on Turbine Flow- meter Performance Based on Experiments and CFD Simulations,” Flow Meas. Instrum., 2013.

Z. Saboohi, S. Sorkhkhah, and H. Shakeri, “Developing a Model for Prediction of Helical Turbine Flowmeter Performance Using CFD,” Flow Meas. Instrum., 2014.

G. Suna, Z. Tao, and S. Lijun, “Blade Shape Optimization of Liquid Turbine Flow Sensor,” Trans. Tianjin Univ., pp. 144–150, 2016.

A.V. Sulinov, L.S. Shablii, “CFD-modelirovanie avtonomnykh osevykh turbin turbonasosnykh ahrehatov ZhRD v ANSYS CFX” : metod. ukazanyia, Samar. hos. aerokosm. un-t im. S.P. Koroleva (nats. issled. un-t), Samara, 2012. 47 p. [in Russian]

I. Gryshanova, “A Computational Investigation of Flow Meters,” in Proc. of 15th Int. Flow Measurement Conference 2010, FLOMEKO 2010, Taipei, Taiwan, pp. 888-895.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-26

Номер

Розділ

НАУКОВІ ТА ПРАКТИЧНІ ПРОБЛЕМИ ВИРОБНИЦТВА ПРИЛАДІВ ТА СИСТЕМ