بررسي تجربي و عددي جريان آشفته غيردايم در مجراي نوسان ساز يك دبي‌سنج نوساني به همراه استخراج نمودار مشخصه

Experimental and numerical investigation of unsteady turbulent flow in a fluidic oscillator flow meter with derivation of characteristic diagram

در اين مقاله، مجرايي خاص معرفي شده كه در آن، جت آب ورودي، پس از زمان كوتاهي شروع به نوسان كرده و باعث نوسانات منظم سرعت و فشار مي‌شود. با توجه به وجود رابطه خطي بين سرعت جت ورودي و فركانس نوسانات آن، با اندازه‌گيري فركانس فشار مي‌توان دبي جريان را محاسبه كرد. به‌ منظور بررسي ميدان جريان سيال در هندسه موجود دبي‌سنج نوساني و يافتن موقعيت بهينه قرارگيري حسگر‌هاي اندازه‌گيري نوسان، حل معادلات ناوير-استوكس آشفته و غير دايم توسط نرم‌افزار انسيس سي‌اف‌ايكس به‌طريق عددي انجام شده‌ است. پس از بررسي استقلال حل از شبكه، قابليت دو مدل آشفتگي كا-اپسيلون و اس‌اس‌تي در شبيه‌سازي غيردايم جريان، بررسي شده ‌است. سپس، بر اساس بررسي كيفيت سيگنال دريافتي از چند نقطه، موقعيت مناسب قرارگيري حسگر مشخص شده ‌است. با ساخت اولين نمونه دبي‌سنج نوساني در ايران و قرار‌دادن حسگر فشار و حسگر پيزوالكتريك در نقطه مناسب، بستر آزموني فراهم شده و نتايج شبيه‌سازي عددي صحت‌سنجي شده‌اند. مقايسه نتايج عددي با نتايج تجربي نشان داده‌ است كه مدل اس‌اس‌تي براي اين جريان نتايج بهتري دارد. در نهايت، با انجام آزمايش در دبي‌هاي مختلف و دريافت و پردازش سيگنال‌هاي فشار، نمودار مشخصه سيستم (فركانس نوسانات جت ورودي- سرعت جت ورودي) استخراج شده‌ است.

In this article, a special duct is introduced in which, inlet water jet initiates to oscillate after a short time and it causes the velocity and pressure to oscillate regularly. Considering that there is a linear relationship between the inlet jet velocity and its oscillations frequency, the flow rate can be calculated by measuring the pressure frequency. In order to study flow field inside the current geometry of fluidic oscillator and also to find an optimum location for sensor to detect the pressure oscillation, the unsteady turbulent Navier-Stokes equations are solved by ANSYS CFX software. Having studied grid independency, capability of K-? and SST turbulence models for numerical simulation of unsteady flow inside the fluidic oscillator is considered. Then, according to the quality of pressure signals of some points, suitable position of sensor is identified. This flow meter is manufactured for the first time in Iran. Using this prototype and inserting the pressure and Piezoelectric sensors at the suitable point, the numerical simulation results are validated by the experimental data. Comparison between the numerical and experimental results shows that the SST model is more suitable for this flow simulation. Finally, by performing experiments in different flows, acquiring and processing pressure signals, the flow meter characteristic diagram (inlet jet oscillations frequency- inlet jet velocity) are derived.