এক্সটার্নাল ক্ল্যাম্প আল্ট্রাসোনিক ফ্লো মিটার সিমুলেশন স্টাডি: ডিজাইন অপ্টিমাইজেশান, অ্যাকুরেসি ইম্প্রুভমেন্ট - জ্ঞান

এক্সটার্নাল ক্ল্যাম্প অতিস্বনক ফ্লো মিটারের সিমুলেশন স্টাডি

বাহ্যিক এর সিমুলেশন অধ্যয়নবাতা উপরঅতিস্বনক প্রবাহ মিটারমডেলিং এবং ফ্লো মিটারের কাজের নীতি এবং কর্মক্ষমতা অনুকরণ করে এর নকশা অপ্টিমাইজ করতে, পরিমাপের নির্ভুলতা উন্নত করতে, বা বিভিন্ন অপারেটিং অবস্থার অধীনে এর কার্যকারিতা মূল্যায়ন করে।

সংখ্যাসূচক সিমুলেশন মডেলিং

তরল গতিবিদ্যা সমীকরণ এবং শাব্দ সমীকরণ সহ তরল প্রবাহ এবং অতিস্বনক তরঙ্গ প্রচারের জন্য গাণিতিক মডেল স্থাপনের জন্য সংখ্যাসূচক সিমুলেশন মডেলিং প্রয়োগ করা হয়। কম্পিউটেশনাল ফ্লুইড ডায়নামিক্স (CFD) টুলগুলি তরল প্রবাহের মডেল করতে ব্যবহৃত হয়। এই সরঞ্জামগুলি অশান্তি, প্রবাহ বেগ বিতরণ, ইত্যাদি অনুকরণ করতে পারে এবং অতিস্বনক তরঙ্গ প্রচারের প্রভাব বিশ্লেষণ করতে পারে। CFD-এর উপর ভিত্তি করে, অতিস্বনক সংকেতের প্রচার এবং প্রতিফলন অনুকরণ করার জন্য শাব্দ বিশ্লেষণ করা হয়। এটি সম্পূর্ণ করতে অ্যাকোস্টিক সিমুলেশন সফ্টওয়্যার (যেমন COMSOL মাল্টিফিজিক্সের অ্যাকোস্টিক মডিউল) ব্যবহার করা যেতে পারে। অতিস্বনক সেন্সর কাঠামোর সীমিত উপাদান বিশ্লেষণ (এফইএ) বিভিন্ন পরিস্থিতিতে এর কার্যকারিতা বোঝার জন্য পরিচালিত হয়। FEA পরিমাপের ফলাফলে তাপীয় সম্প্রসারণ, কম্পন ইত্যাদির প্রভাব বিশ্লেষণ করতে সাহায্য করে। অতিস্বনক ট্রান্সমিশনে এর প্রভাব মূল্যায়ন করতে সেন্সর এবং পাইপলাইনের মধ্যে যোগাযোগকে সিমুলেশনে বিবেচনা করা হয়।

ল্যাবরেটরি যাচাই এবং অপ্টিমাইজেশান

পরীক্ষাগারে, প্রকৃত প্রবাহ পরিমাপের জন্য একটি ফ্লো টেস্ট বেঞ্চ ব্যবহার করা হয় এবং সিমুলেশন মডেলের যথার্থতা যাচাই করার জন্য সিমুলেশন ফলাফলের সাথে ফলাফল তুলনা করা হয়। ভবিষ্যদ্বাণীর নির্ভুলতা উন্নত করতে পরীক্ষামূলক ফলাফলের উপর ভিত্তি করে সিমুলেশন মডেলের পরামিতিগুলি সামঞ্জস্য করা হয়। সিমুলেশনের মাধ্যমে, পরিমাপের নির্ভুলতা এবং স্থিতিশীলতা উন্নত করতে সেন্সরের অবস্থান, ফিক্সচার ডিজাইন এবং ইনস্টলেশন পদ্ধতি অপ্টিমাইজ করা হয়। যথাযথ অনুসরণঅতিস্বনক ফ্লো মিটার ইনস্টলেশন নির্দেশিকা উপর বাতাএই অপ্টিমাইজেশন প্রক্রিয়ার সময় গুরুত্বপূর্ণ, কারণ ভুল ইনস্টলেশন পরিমাপের নির্ভুলতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করতে পারে। বিভিন্ন ফল্ট অবস্থা (যেমন বুদবুদ, কঠিন কণা) ফ্লো মিটারের কর্মক্ষমতার উপর তাদের প্রভাব মূল্যায়ন করার জন্য সিমুলেশনে সিমুলেট করা হয়। পরীক্ষামূলক প্রক্রিয়া চলাকালীন, তরলের শারীরিক বৈশিষ্ট্য (যেমন তাপমাত্রা এবং চাপ) বিবেচনা করা প্রয়োজন, কারণ এই বৈশিষ্ট্যগুলি অতিস্বনক তরঙ্গ প্রচারের গতিকে প্রভাবিত করে। উপরন্তু, বাস্তব পরিবেশে গোলমাল এবং হস্তক্ষেপ অতিস্বনক সংকেতের গুণমানকে প্রভাবিত করতে পারে, যার জন্য সিমুলেশন এবং পরীক্ষার মাধ্যমে সিগন্যাল প্রসেসিং অ্যালগরিদমের অপ্টিমাইজেশন প্রয়োজন।

COMSOL মাল্টিফিজিক্স সিমুলেশন বিশ্লেষণ

মডেল নির্মাণ এবং সিমুলেশন বিশ্লেষণের উদাহরণ হিসাবে COMSOL মাল্টিফিজিক্স 5.6 সফ্টওয়্যারটিকে গ্রহণ করে, সিমুলেশনগুলি অতিস্বনক তরঙ্গ প্রচারে বিভিন্ন কোণ, পাইপলাইন উপকরণ, পাইপের ব্যাস, অতিস্বনক ফ্রিকোয়েন্সি এবং ইনস্টলেশন পদ্ধতির প্রভাব বিশ্লেষণ করতে পারে। অতিস্বনক প্রবাহ পরিমাপ মডেলের পরিকল্পিত ডায়াগ্রাম চিত্র 3.6 এ দেখানো হয়েছে। 3D মডেল সলিউশনের কম্পিউটেশনাল দক্ষতা উন্নত করতে, আমরা সাধারণত চ্যানেলের অর্ধেক সিমুলেট করার জন্য সমগ্র মডেলের প্রতিনিধিত্ব করতে প্রতিসাম্য ব্যবহার করি। মডেল নির্মাণ প্রক্রিয়া চলাকালীন, অতিস্বনক প্রতিসরণ কোণে বিভিন্ন পাইপলাইন উপকরণের প্রভাব বিবেচনা করা উচিত, পাশাপাশি বিভিন্ন পাইপ ব্যাসের অধীনে ইনস্টল করা দুটি ট্রান্সডুসারের জন্য বিভিন্ন অনুভূমিক স্থানচ্যুতি দূরত্ব বিবেচনা করা উচিত।

Schematic Diagram of Ultrasonic Flow Measurement Model Construction

চিত্র 3.6 অতিস্বনক প্রবাহ পরিমাপ মডেল নির্মাণের পরিকল্পিত চিত্র

ট্রান্সডুসার ইনস্টলেশন পদ্ধতি

বিভিন্ন পাইপের ব্যাস পরিমাপের জন্য সাধারণ প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করতে, অতিস্বনক ট্রান্সডুসারের বিভিন্ন কাজের ফ্রিকোয়েন্সি এবং বিভিন্ন ট্রান্সডুসার ইনস্টলেশন পদ্ধতিগুলি অতিস্বনক প্রবাহ পরিমাপে ব্যবহার করা উচিত। দটাইপ অতিস্বনক ফ্লো মিটার উপর বাতাএই বিষয়ে বিশেষ সুবিধা প্রদান করে, কারণ এটি পাইপ কাটা বা প্রক্রিয়া বন্ধ করার প্রয়োজন ছাড়াই নন-ইনভেসিভ ইনস্টলেশনের অনুমতি দেয়। সাধারণ ইনস্টলেশন পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে V-শেপ, Z-শেপ, N-শেপ, এবং W-শেপ। অতিস্বনক তরঙ্গ প্রচার সংকেতের উপর বিভিন্ন ট্রান্সডুসার ইনস্টলেশন পদ্ধতির প্রভাব অধ্যয়ন করার জন্য, এটি সম্পর্কিত গবেষণা পরিচালনা করা প্রয়োজন। এই নিবন্ধটি প্রধানত Z-শেপ ট্রান্সডুসার ইনস্টলেশন পদ্ধতি মডেলিং সিমুলেশনকে প্রদর্শনের উদাহরণ হিসেবে ব্যবহার করে।

বিচ্ছিন্ন গ্যালারকিন পদ্ধতি এবং গ্রিড বিভাগ

COMSOL মাল্টিফিজিক্স 5.6-এ, "পরিচলন সমীকরণ, টাইম ডোমেন এক্সপ্লিসিট" ইন্টারফেস মডিউল ব্যবহার করা হয় এবং ডিফল্টরূপে, এটি কোয়ার্টিক ফাংশন সহ সূত্রের অংশ গঠন করে। তরঙ্গ সমস্যা সমাধানের জন্য, ডিসকন্টিনিউয়াস গ্যালারকিন পদ্ধতিটি একটি কার্যকর পদ্ধতি হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে। ডিসকন্টিনিউয়াস গ্যালারকিন পদ্ধতিটি বড় মডেলের গ্রিড বিভাজন সমস্যাকে সহজ করে, অর্ধ-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আকার সহ বিনামূল্যে টেট্রাহেড্রাল গ্রিড ব্যবহার করার অনুমতি দেয় এবং অবশেষে সম্পূর্ণ মডেলের সমাধান করে। প্রকৃত গ্রিড বিভাজনে, উপযুক্ত স্থানিক রেজোলিউশন পাওয়ার জন্য আমরা সাধারণত অর্ধেক তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং একটি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের দুই-তৃতীয়াংশের মধ্যে যেকোনো মান নির্ধারণ করি। সময়-ডোমেন স্পষ্ট সমাধানকারী ব্যবহার করার সময়, অভ্যন্তরীণ সময় ধাপের আকার কঠোরভাবে COMSOL সফ্টওয়্যার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, তাই মডেলের সবচেয়ে ছোট গ্রিড উপাদানটি সময় ধাপ নিয়ন্ত্রণ করে। ফ্রি টেট্রাহেড্রাল গ্রিড উপাদানগুলি সেট করার সময়, সর্বাধিক এবং সর্বনিম্ন উপাদানের আকারগুলি নিয়ন্ত্রণ করতে হবে৷ COMSOL মাল্টিফিজিক্স 5.6-এ, "পরিচলন সমীকরণ" সময়{11}}ডোমেনের স্পষ্ট ইন্টারফেসের জন্য, অভ্যন্তরীণ সময়ের ধাপটি গ্রিডের পরিমার্জন স্তর এবং ভৌত বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে স্বয়ংক্রিয়ভাবে নির্বাচিত হয়। চিত্র 3.7 Z-শেপ ইনস্টলেশন পদ্ধতি ব্যবহার করে পটভূমি প্রবাহ বেগ এবং ধ্বনিবিদ্যা অধ্যয়নের জন্য গ্রিড বিভাগ দেখায়।

Grid Division for Studying Background Flow Velocity and Acoustics at Different Times

(a) পটভূমি প্রবাহ বেগ (b) ধ্বনিবিদ্যা

চিত্র 3.7 বিভিন্ন সময়ে ব্যাকগ্রাউন্ড ফ্লো বেগ এবং ধ্বনিবিদ্যা অধ্যয়নের জন্য গ্রিড বিভাগ

শারীরিক ক্ষেত্র কনফিগারেশন

মডেলটি তৈরি করার পরে, শারীরিক ক্ষেত্রগুলি সেট করা দরকার। পাইপলাইনের তরল ডোমেনটি প্রকৃত ব্যবহারের সময় পাইপলাইনে তরল অনুকরণ করতে ল্যামিনার বা অশান্ত প্রবাহের ফিজিক্যাল ফিল্ড হিসাবে সেট করা হয়; পাইপলাইনে তরল ডোমেন, পাইপলাইন এবং পাইপলাইনের উভয় পাশের ট্রান্সডুসারগুলি অতিস্বনক তরঙ্গের প্রচার অনুকরণ করার জন্য "পরিচলন সমীকরণ, সময় ডোমেন স্পষ্ট" ভৌত ক্ষেত্র হিসাবে সেট করা হয়েছে। "পরিচলন সমীকরণ, টাইম ডোমেন এক্সপ্লিসিট" ফিজিক্যাল ফিল্ড সেটআপে, পাইপলাইনের প্রান্তগুলি গণনাকে ছাঁটাই করার জন্য প্রতিবন্ধক সীমানা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। ল্যামিনার বা অশান্ত সিমুলেশনে, তরল প্রবেশপথ বাম দিকে থাকে এবং তরল আউটলেট ডানদিকে থাকে। কচাবুক উপরঅতিস্বনক প্রবাহ মিটারপাইপলাইনের নীচের দিকে একটি অতিস্বনক ট্রান্সমিটার ইনস্টল করা এবং উপরের দিকে একটি রিসিভার ইনস্টল করে কনফিগারেশনটি প্রতিষ্ঠিত হয়। অতিস্বনক তরঙ্গ নির্গত করতে ট্রান্সমিটারের প্রান্তে একটি স্বাভাবিক বেগ প্রয়োগ করা হয়।

তরল রাষ্ট্র মডেলিং এবং বিশ্লেষণ

অতিস্বনক প্রবাহ পরিমাপ সিমুলেশনের জন্য COMSOL মাল্টিফিজিক্স 5.6 সফ্টওয়্যার ব্যবহার করার সময়, পাইপলাইনের তরল অবস্থাটি প্রথমে মডেল করা এবং বিশ্লেষণ করা প্রয়োজন। উদাহরণ হিসাবে 15 মিমি এর বাইরের ব্যাস এবং 0.75 মিমি প্রাচীরের পুরুত্ব সহ একটি পিভিসি পাইপ নেওয়া, ল্যামিনার এবং অশান্ত সিমুলেশনগুলি সঞ্চালিত হয়েছিল। এই simulations কিভাবে বোঝার জন্য অপরিহার্যফ্লো মিটারে অতিস্বনক চাবুকবিভিন্ন প্রবাহ অবস্থার অধীনে সঞ্চালিত. লামিনার ফ্লো সিমুলেশন শারীরিক ফিল্ড সেটআপের জন্য COMSOL মাল্টিফিজিক্স 5.6-এ "লামিনার ফ্লো" মডিউল ব্যবহার করে এবং অশান্ত প্রবাহ সিমুলেশন "টার্বুলেন্ট ফ্লো, k-ω" মডিউল ব্যবহার করে। চিত্র 3.8 লেমিনার এবং অশান্ত পরিস্থিতিতে পটভূমি প্রবাহ বেগের মাত্রা দেখায়।

চিত্র 3.8 থেকে, এটি দেখা যায় যে লেমিনার প্রবাহের অবস্থার অধীনে, পাইপলাইনের প্রতিটি অংশে প্রবাহের বেগ প্রায় অভিন্ন, পটভূমি তরলের গড় প্রবাহ বেগের কাছাকাছি। চিত্র অনুসারে, পাইপলাইনের কেন্দ্রে গভীর রঙটি উচ্চ প্রবাহ বেগ নির্দেশ করে।

Magnitude of Background Flow Velocity Under Different Fluid States

(a) ল্যামিনার প্রবাহ (b) উত্তাল প্রবাহ

চিত্র 3.8 বিভিন্ন তরল অবস্থার অধীনে পটভূমি প্রবাহ বেগের মাত্রা

ব্যাকগ্রাউন্ড ফ্লো বেগ বিশ্লেষণ

পাইপলাইনের প্রতিটি অংশে প্রবাহের বেগ আরও স্পষ্টভাবে প্রদর্শন করতে, পটভূমি প্রবাহ বেগ বক্ররেখার জন্য পাইপলাইনের একটি অংশ নির্বাচন করা হয়েছিল। চিত্র 3.9 লেমিনার এবং অশান্ত প্রবাহ অবস্থার অধীনে পটভূমি প্রবাহ বেগ বক্ররেখা দেখায়।

15 মিমি এর বাইরের ব্যাস এবং 0.75 মিমি প্রাচীরের বেধ সহ পিভিসি পাইপের জন্য, সিমুলেশন বিশ্লেষণ পরিচালিত হয়েছিল। "লামিনার ফ্লো" মডিউল ব্যবহার করে সিমুলেশন ফলাফল চিত্র 3.9(a) এ দেখানো হয়েছে। এটা দেখা যায় যে ল্যামিনার প্রবাহের অবস্থায়, প্রবাহ বেগের স্থানান্তর শুধুমাত্র পাইপের পৃষ্ঠে 5 মিমি পরিসরের মধ্যে ঘটে, যখন অন্যান্য স্থানে প্রবাহের বেগ প্রায় 10 m/s হয়, যা নির্দেশ করে যে পাইপের ঘর্ষণের কারণে পাইপের প্রাচীরের কাছে তরল প্রবাহের ব্যবধান অনুভব করে। বিপরীতে, "Turbulent Flow, k-ω" মডিউল ব্যবহার করে সিমুলেশন ফলাফল চিত্র 3.9(b) এ দেখানো হয়েছে। এটি দেখা যায় যে 10 মিটার/সেকেন্ডের গড় প্রবাহ বেগের শর্তে, পাইপের প্রাচীরের কাছাকাছি প্রবাহের বেগ প্রায় 4.5 মিটার/সেকেন্ড, এবং পাইপলাইনের কেন্দ্রে প্রবাহের বেগ প্রায় 12.2 মিটার/সেকেন্ডে পৌঁছাতে পারে, প্রবাহ বেগ বন্টন একটি প্যারাবলিক আকৃতি তৈরি করে।

Laminar Flow