پایان نامه شبیه سازی جریان درون شیر کنترلی به کمک نرم افزار CFD

پایان نامه شبیه سازی جریان درون شیر کنترلی به کمک نرم افزار CFD
مقطع : کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
چکیده
یکی از مهمترین مؤلفه های سیستمهای انتقال سیالات، شیرهای کنترلی می باشند که در مسیرهای مختلف خطوط لوله انتقال نفت و گاز و …. به چشم می خورد. در شیرهای کنترلی مهمترین مسأله، خاصیت جریان به منظور دستیابی به رفتار مناسب شیر، جهت کنترل دبی یا فشار جریان عبوری می باشد. در این پایان نامه یک شیر کنترلی با خاصیت جریان مناسب به منظور کاهش لرزش و سروصدای شدید طراحی و مدلسازی و سپس شبیه سازی شده است. بدین منظور با استفاده از مدلسازی سیالاتی شیر کنترلی، رفتار جریان در داخل شیر بوسیله حل عددی در نرم افزار CFX شبیه سازی می گردد تا به کمک نتایج تحلیلی بتوان علاوه بر یک پروفیل داخلی مناسب برای شیر کنترلی، آن را به گونه ای طراحی نمود که از لحاظ دبی عبوری و خاصیت اعمال شده به شیر پاسخگوی نیاز مورد نظر باشد. و در حد امکان از ایجاد نویز و لرزش زیاد جلوگیری نمود. در این پایان نامه پروفیل داخلی یک نمونه شیر با خاصیت کنترلی مشخص، در نرم افزار Catia طراحی شده و سپس بوسیله نرم افزار CFX بررسی و تحلیل شده است. جهت کنترل صحت نتایج مدلسازی، نتایج بدست آمده با اطلاعات ارایه شده در محل نصب آن روی یکی از خطوط لوله گاز ناحیه آغار مقایسه و بررسی می گردد. که نتایج حاصله از شبیه سازی جریان در چند حالت مختلف بررسی گردید و مشخص گردید که نتایج نرم افزار در Cage حداکثر 2% و برای پروفیل داخلی بدنه شیر حداکثر 5% با نمونه اصلی تفاوت دارد. که قابلیت کنترل دبی با توجه به الگوی مشخص شده را دارا می باشد. همچنین جهت کاهش نویز نیز پس از بررسی ها مشخص گردید که صدای تولید شده در شیرهای کنترلی ناشی از عبور سیال از گلوگاه، کاویتاسیون، فلشینگ و ارتعاشات خط لوله است. صدای هیدرودینامیکی با پدیده هایی مانند کاویتاسیون و فلشینگ تشدید می شود. که سطح فشار صدا بوسیله عوامل محیطی افزایش و یا کاهش می یابد. مهمترین عامل افزایش سطح صدا در محیط وجود سطوح سخت منعکس کننده صدا است که معمولاً هر سطح حدود 3 دسی بل سبب افزایش سطح فشار صدا می شود.

فهرست
چکیده: 1
فصل اول (مقدمه) 2
1-۱- مقدمه 2
1-2- بیان مسئله 2
1-3- اهداف: 3
1-4- مدل مطالعه: 3
1-5- روش کار 3
1-5-1- طراحی و مدلسازی شیر کنترلی 4
1-5-2- مدلسازی سیالاتی شیر کنترلی 4
1-6- نتیجه گیری کلی 6
1-7- ساختار پایان نامه: 7
فصل دوم (پیشینه تحقیق) 8
2-1- مقدمه 8
2-2- پیشینه تحقیق: 10
3-2- انواع شیرهای صنعتی و کاربرد آنها 12
3-2-1- شیر دروازه ای (Gate Valve) 12
3-2-2- شیر توپی Ball Valve) ) 13
2-2-3- شیر مجرابند سماوری (Cock Valve) 14
2-2-4- شیر ساچمه ای Globe Valve)) 15
2-2-5- شیر یک طرفه (Check Valve) 16
2-2-6- شیر پروانه ای Butter fly Valve)) 17
2-2-7- شیر ایمنی (Safety Valve) 18
2-2-8- شیر کنترلی (Control Valve): 19
2-2-9- شیر محدود کننده جریان (Chock Valve) 20
2-2-10- شیر سوزنی (Needle Valve) 20
2-2-11- شیر زاویه ای (Angle Valve) 20
2-3- نحوه انتخاب شیرها 21
2-4- مهمترین کاربرد شیرها: 21
2-4-1- قطع و وصل کردن جریان 21
2-4-2- تنظیم یا کنترل جریان 21
2-4-3- جلوگیری از برگشت جریان 22
2-4-4- کاهش دادن فشار یک سیستم 22
2-5- جریان عبوری از شیرها Flow Through Valves 23
2-5-1- ضریب مقاومت ζ 23
2-5-2- ضریب شیر و مقدار جریان 28
2-5-3- رابطه متقابل بین ضرایب مقاومت و جریان 31
2-6- پدیده کاویتاسیون در شیرها 31
فصل سوم (شیرهای کنترلی) 33
3-1- مقدمه 33
3-1-1- تعریف شیر کنترل: 33
3-2- تاریخچه شیر کنترل: 34
3-3- انتخاب شیرهای کنترل: 35
3-4- نحوه عملکرد شیر کنترل 35
3-5- اصطلاحات فنی(Terminology) شیر کنترل 36
3-6- انواع شیرهای کنترلی 38
3-6-1- از نظر نوع کنترل جریان : 38
3-6-2- از نظر مسیر 38
3-6-3- از نظر عملکرد 40
3-7- شیرهای با محور چرخان(Rotary Shaft) 42
3-8- خطا ـ ایمن (Fail Safe) 43
3-9- مشخصات جریان عبوری برای شیرهای کنترل 44
3-10- متعلقات شیر کنترل 46
3-10-1- اکچویتورها یا محرک ها (Actuators) : 46
3-10-2- پوزیشنر در شیر کنترل (Positioner) : 47
3-10-3- سوئیچ های محدودکننده(Limit Switches) : 49
3-10-4- شیرهای سولونوئید(Solenoid Valves) : 49
3-10-5- رله های معکوسAir Lock (Lock up Relay) : 49
3-10-6- مبدل ها(Transducers) 49
3-10-7- شیرهای حبسی(Lock up Valves) 50
3-10-8- رله های تقویت کننده (بوستر)Booster Relays and Amplifier : 50
3-10-9- مخازن ظرفیت(Capacity Tanks) 50
3-10-10-چرخ دستی های قابل نصب ازبالا وپهلو (Hand Wheel Actuators): 50
3-10-11- رگولاتورهای تغذیه فشار با فیلتر و تله رطوبت (Moisture Trap): 50
3-11- سایزینگ شیرهای کنترل (Sizing) 51
3-12- کاویتاسیون (Cavitation) در شیرهای کنترل: 52
3-13- Flashing: 53
فصل چهارم (آشنایی بر روند انجام کار مدلسازی و شبیه سازی جریان با CFD) 55
4-1- مقدمه: 55
4-1-1- تاریخچه CFD: 55
4-1-2- ریاضیات CFD: 56
4-1-3- کاربردهای CFD: 58
4-1-4- روش شناسیCFD 59
4-2- آشنایی با نرم افزار ANSYS : 61
4-3- ساختار نرم افزار ANSYS CFX 62
4-3-1- محیط Geometry یا Design Modler : 62
4-3-2- محیط Meshing : 63
4-3-3- محیط Setup یاCFX-Pre : 63
4-3-4- محیط Solution یاCFX-Solver : 64
4-3-5- محیط Results یاCFD-Post : 64
4-4- نحوه گسسته سازی و حل معادلات جریان: 64
4-4-1- گسسته سازی عددی: 66
4-4-2- استراتژی حل: 69
4-4-3- حل معادله خطی 70
4-5- آشنایی با نرم افزار CATIA 71
4-6- خاصیت جریان شیر کنترلی 73
4-6-1- انتخاب صحیح خاصیت جریان 74
4-6-2- روش طراحی شیر کنترلی 74
4-7- طراحی شیر کنترلی با نرم افزار CAD 75
4-7-1- شیر کنترلی “8 موجود در منطقه آغار بعنوان نمونه: 75
4-7-2- شیر کنترلی “8 به عنوان مدل با مقیاس 1 به 10: 77
4-7-3- طراحی و مدلسازی شیر کنترلی “3 : 78
4-8- آشنایی با گاز طبیعی: 86
4-8-1- مشخصات گاز طبیعی : 86
4-8-2- انواع گاز طبیعی 86
فصل پنجم (مراحل شبیه سازی جریان درون شیرکنترلی با نرم افزار CFX) 87
5-1- مقدمه 87
5-1-1- مدل المان محدود: 87
5-1-2- شرایط مرزی 87
5-1-3- روشهای حل 88
5-2- مراحل انجام شبیه سازی: 89
5-2-1- شبیه سازی جریان درون Cage: 89
5-2-2- شبیه سازی جریان درون بدنه شیر کنترلی: 109
فصل ششم (جمع بندی و مقایسه نتایج تحلیل و ارائه راهکار) 122
6-1- مقدمه 122
6-2- جمع بندی و مقایسه نتایج تحلیلی از نرم افزار 122
6-2-1- اعتبارسنجی نتایج: ……………..122
6-3-بررسی نویز درشیرهای کنترلی وروشهای کاربردی جهت کاهش آن 124
6-3-1- استانداردهای نویز در شیر کنترل 124
6-3-2 معرفی روش بیان شدت صدای تولید شده 125
6-3-3- مراحل پیش بینی نویز 126
6-3-4 روشهای کاهش صدای تولید شده در شیر 127
6-4- نتیجه گیری 132
6-5- پیشنهاد های ادامه پروژه 133
منابع 134

–
تعداد صفحه :151

توجه :

عناوین پروژه های موجود در سایت فقط به عنوان معرفی در سایت قرار گرفته اند و هیچ گونه فروش و یا لینک دانلودی ندارند