طراحی و بررسی عددی جریان‌سنج جرمی حرارتی لوله‬مویین به‌عنوان کنتور گاز خانگی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 4، دوره 29، شماره 1 - شماره پیاپی 17، اسفند 1396، صفحه 49-62   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v29i1.54266

نویسندگان

سامان پرویزی^{* 1}؛ محمود فرزانه گرد¹؛ علی جباری مقدم¹؛ مجید هاشمیان¹؛ مهراب عقیلی بهرامی²

¹صنعتی شاهرود

²گرگان

چکیده

اندازه گیری دقیق گاز طبیعی همواره مساله مهمی به ویژه در سطح مصارف خانگی بوده است. یکی از انواع جریانسنجهای جرمی، جریانسنج جرمی حرارتی لوله مویین میباشد که برای اندازهگیری جریانهای با دبی پایین استفاده میشود. در این مطالعه شناخت پارامترهای مهم و تاثیر هر یک از این پارامترها در طراحی جریانسنج حرارتی لوله مویین بررسی شده است. برای این کار مدل سه بعدی یک جریانسنج جرمی حرارتی لوله مویین شبیه سازی و انتقال حرارت در لوله حسگر آن به صورت عددی برای گاز متان به عنوان گاز طبیعی تحلیل شده است. با در نظر گرفتن پارامترهای تاثیرگذار عدم قطعیت جریانسنج محاسبه شده است. برای اعتبارسنجی روش حل عددی، به دلیل عدم وجود دادههای آزمایشگاهی برای متان، از نیتروژن برای اعتبارسنجی استفاده شده که تطابق قابل قبولی نشان میدهد. نتایج عددی نشان میدهد که عدم قطعیت این جریانسنجها حداکثر 24/1 درصد بوده که برای کنتورهای خانگی قابل قبول میباشد.

کلیدواژه‌ها

اندازه گیری جریان؛ جریان سنج حرارتی؛ انتقال حرارت سه بعدی؛ جریان سنج لوله مویین؛ کنتور گاز خانگی

مراجع

1. Hiismaeki, P., "Method and device for monitoring of a gas flow, in particular of a natural-gas flow", 08-Jul-1993, Internatinal Patent NumberWO1993013414.

2. Ficco, G., "Metrological performance of diaphragm gas meters in distribution networks", Flow Meas. Instrum., Vol. 37, pp. 65–72, (2014).

3. Chapman, N.R. and Etheridge, D.W., "A step change in domestic metering technology from leather diaphragms to ultrasonics", Flow Meas. Instrum., Vol. 5, No. 2, pp. 141–142, (1994).

4. Vasconcelos, C.D., Lourenço, S.R., Gracias, A.C. and Cassiano, D.A., "Network flows modeling applied to the natural gas pipeline in Brazil", J. Nat. Gas Sci. Eng., Vol. 14, pp. 211–224, (2013).

5. "http://www.irna.ir/fa/News/81845037", acessed 18/4/2017

6. Cubukcu, A.S., Romero, D.F.R. and Urban, G.A., "A dynamic thermal flow sensor for simultaneous measurement of thermal conductivity and flow velocity of gases", Sensors Actuators A Phys., Vol. 208, pp. 73–87, (2014).

7. McMahon, M., "Thermal Core Technology White Paper Series A Tale of Two Thermals : Capillary & Immersible Introduction", webpage, https://www.coursehero.com/file/27763356/A-Tale-of-Two-Thermalsdoc/ acessed 21/1/2017.

8. Komiya, K. Higuchi, F. and Ohtani, K., "Characteristics of a thermal gas flowmeter", Rev. Sci. Instrum., Vol. 59, No. 3, pp. 477-479, (1988).

9. Hinkle, L.D., "Toward understanding the fundamental mechanisms and properties of the thermal mass flow controller", Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films 9, 2043 (1991); https://doi.org/10.1116/1.577452

10. Kim, S.J. and Jang, S.P., "Experimental and numerical analysis of heat transfer phenomena in a sensor tube of a mass flow controller", Vol. 44, pp. 1711–1724, (2001).

11. Han, I.Y. Kim, D.-K. and Kim, S.J., "Study on the transient characteristics of the sensor tube of a thermal mass flow meter", Int. J. Heat Mass Transf., Vol. 48, No. 13, pp. 2583–2592, (2005).

12. Kim, D.-K. Han, I.Y. and Kim, S.J., "Study on the steady-state characteristics of the sensor tube of a thermal mass flow meter", Int. J. Heat Mass Transf., Vol. 50, No. 5–6, pp. 1206–1211, (2007).

13. Kim, T.H., Kim, D.-K. and Kim, S.J., "Study of the sensitivity of a thermal flow sensor", Int. J. Heat Mass Transf., Vol. 52, No. 7–8, pp. 2140–2144, (2009).

14. Viswanathan, M., Rajesh, R. and Kandaswamy, A., "Design and development of thermal mass flowmeters for high pressure applications", Flow Meas. Instrum., Vol. 13, No. 3, pp. 95–102, (2002).

15. Sazhin, O., "Novel mass air flow meter for automobile industry based on thermal flow microsensor. I. Analytical model and microsensor", Flow Meas. Instrum., Vol. 30, pp. 60–65, (2013).

16. Sazhin, O., "Novel mass air flow meter for automobile industry based on thermal flow microsensor. II. Flow meter, test procedures and results", Flow Meas. Instrum., Vol. 35, pp. 48–54, (2014).

17. Baker, R.C. and Gimson, C., "The effects of manufacturing methods on the precision of insertion and in-line thermal mass flowmeters", Flow Meas. Instrum., Vol. 12, No. 2, pp. 113–121, (2001).

18. Bartos, F.J., "Tame flow disturbances with the thermal massflow meter", Control Eng. Int., pp.

54–55, September (1995).

19. Viswanath, R.P., Viswanathan, B. and Sastri, M.V.C., "Kinetics of reduction of Fe2O3 to Fe3O4 by the constant temperature differential thermal analysis method", Thermochim. Acta, Vol. 16, No. 2, pp. 240–244, (1976).

20. Cappa, P. Del Prete, Z. and Marinozzi, F. "Experimental analysis of a new strain-gage signal conditioner based on a constant-current method", Sensors Actuators A Phys., Vol. 55, No. 2–3, pp. 173–178, (1996).

21. Graebel, W., Advanced Fluid Mechanics, 1st edition |ISSN 978-0-12-370885-4 | Academic Press, (2007).

22. Olin, J.G., "Capillary Tube Thermal Mass Flow Meters & Controllers, A User ’ s Guide", (2013).

23. Beronich, E.L., Abdi, M.A. and Hawboldt, K.A., "Prediction of natural gas behaviour in loading and unloading operations of marine CNG transportation systems", J. Nat. Gas Sci. Eng., Vol. 1, No. 1–2, pp. 31–38, (2009).

24. Kline, S.J. and McClintock, F.A., "Describing Uncertainties in Single-Sample Experiments", Mech. Eng., Vol. 75, pp. 3–8, (1953).