شبيه سازي CFD عملكرد فلومتر اولتراسونيك زمان گذر با سنسور پيزوالكتريك PZT-5J براي نفت خام سبك، سنگين و متوسط

CFD Simulation of Transit-time Ultrasonic Flowmeter with PZT-5J Piezoelectric Sensor for Light, Heavy, and Medium Crude Oil

در پژوهش حاضر، شبيه سازي CFD عملكرد فلومتر اولتراسونيك زمان گذر با سنسور پيزوالكتريك PZT-5J براي نفت خام سبك، سنگين و متوسط با استفاده از معادله موج در مسير انتشار موج آكوستيك و روش حل المان محدود در شرايط ناپايا مدل سازي و با نرم افزار COMSOL Multiphysics 5.3 انجام شد. نمونه هاي مختلف نفت خام سبك، سنگين و متوسط در دماهاي متفاوت تحت فشار ثابت با استفاده از ابزارهاي CFD مدل سازي و شبيه سازي شدند. ماكزيمم ولتاژ دريافتي و سرعت صوت در نمونه ها توسط مدل ارايه شده محاسبه شد. براي ارزيابي دقت مدل ارايه شده، نتايج شبيه سازي با داده هاي تجربي به دست آمده از كار تجربي پژوهشگران، مورد مقايسه قرار گرفت. ميانگين ماكزيمم ولتاژ سيگنال هاي دريافتي براي فلومتر اولتراسونيك حاوي نمونه هاي نفت خام سبك، سنگين و متوسط به ترتيب برابر با 0/9491، 1/0115 و 0/9743ولت هستند. اختلاف بين نتايج حاصل از شبيه سازي و داده هاي تجربي براي سرعت صوت در نمونه هاي نفت خام سبك، سنگين و متوسط حداكثر حدود 0/2336%، 0/4339% و 0/1378% بود. بنابراين مي توان با استفاده از مدل ارايه شده، هزينه هاي سنگين طراحي و بهينه سازي كنتور اولتراسونيك زمان گذر را براي نفت خام كاهش داد.

In the present study, CFD simulation of Transit-time ultrasonic flowmeter with the PZT-5J piezoelectric sensor was modeled for light, heavy, and medium crude oil by the wave equation in the acoustic wave propagation path and finite element solving method in the unsteady state and it was implemented, using COMSOL Multiphysics 5.3 software. Different samples of light, heavy, and medium crude oil at different temperatures were modeled and simulated under constant pressure, using CFD tools. the maximum received voltage and speed of sound in samples were calculated by the proposed model. To evaluate the accuracy of the proposed model, the simulation results were compared with the empirical data obtained from the experimental work of the researchers. The average values of the maximum voltage of received signals for an ultrasonic flowmeter containing light, heavy, and medium light crude oil samples are 0.9491, 1.0115, and 0.943 v, respectively. The difference between the simulation results and the experimental data for the speed of sound in the light, heavy, and medium crude oil samples was at most about 0.2336%, 0.4339%, and 0.1378%, respectively. Therefore, the high costs of designing and optimizing the transit-time ultrasonic flowmeter for crude oil can be reduced, using the proposed model.