Astudiaeth Efelychu o Fesur Llif Uwchsonig Clamp Allanol
Astudiaeth efelychiad o'r allanolclamp armesurydd llif ultrasonicyn cynnwys modelu ac efelychu egwyddor weithio a pherfformiad y mesurydd llif i wneud y gorau o'i ddyluniad, gwella cywirdeb mesur, neu werthuso ei berfformiad o dan amodau gweithredu gwahanol.
Modelu Efelychu Rhifiadol
Cymhwysir modelu efelychiad rhifiadol i sefydlu modelau mathemategol ar gyfer llif hylif a lluosogi tonnau ultrasonic, gan gynnwys hafaliadau dynameg hylif a hafaliadau acwstig. Defnyddir offer Deinameg Hylif Cyfrifiadurol (CFD) i fodelu'r llif hylif. Gall yr offer hyn efelychu cynnwrf, dosbarthiad cyflymder llif, ac ati, a dadansoddi effaith lluosogi tonnau ultrasonic. Yn seiliedig ar CFD, cynhelir dadansoddiad acwstig i efelychu lluosogiad ac adlewyrchiad y signal ultrasonic. Gellir defnyddio meddalwedd efelychu acwstig (fel y modiwl acwstig yn COMSOL Multiphysics) i gwblhau hyn. Cynhelir Dadansoddiad Elfen Feidraidd (FEA) o'r strwythur synhwyrydd ultrasonic i ddeall ei berfformiad o dan amodau gwahanol. Mae FEA yn helpu i ddadansoddi effeithiau ehangu thermol, dirgryniad, ac ati, ar ganlyniadau mesur. Ystyrir y cyswllt rhwng y synhwyrydd a'r biblinell yn yr efelychiad i werthuso ei effaith ar drosglwyddiad ultrasonic.
Dilysu ac Optimeiddio Labordy
Yn y labordy, defnyddir mainc prawf llif ar gyfer mesur llif gwirioneddol, ac mae'r canlyniadau'n cael eu cymharu â'r canlyniadau efelychu i wirio cywirdeb y model efelychu. Mae paramedrau'r model efelychu yn cael eu haddasu yn seiliedig ar ganlyniadau arbrofol i wella cywirdeb rhagfynegiad. Trwy efelychu, mae lleoliad y synhwyrydd, dyluniad gosodiadau, a dull gosod yn cael eu optimeiddio i wella cywirdeb a sefydlogrwydd mesur. Yn dilyn yn gywirclamp ar ganllawiau gosod mesurydd llif ultrasonicyn hanfodol yn ystod y broses optimeiddio hon, oherwydd gall gosod anghywir effeithio'n sylweddol ar gywirdeb mesuriadau. Mae amodau gwahanol fai (fel swigod, gronynnau solet) yn cael eu hefelychu yn yr efelychiad i werthuso eu heffaith ar berfformiad mesurydd llif. Yn ystod y broses arbrofol, mae angen ystyried priodweddau ffisegol yr hylif (fel tymheredd a phwysau), gan fod yr eiddo hyn yn effeithio ar gyflymder lluosogi tonnau ultrasonic. Yn ogystal, gall sŵn ac ymyrraeth yn yr amgylchedd go iawn effeithio ar ansawdd y signal ultrasonic, sydd hefyd yn gofyn am optimeiddio algorithmau prosesu signal trwy efelychiadau ac arbrofion.
Dadansoddiad Efelychu Amlffiseg COMSOL
Gan gymryd meddalwedd COMSOL Multiphysics 5.6 fel enghraifft ar gyfer adeiladu model a dadansoddi efelychu, gall efelychiadau ddadansoddi effaith gwahanol onglau, deunyddiau piblinell, diamedrau pibellau, amleddau ultrasonic, a dulliau gosod ar luosogi tonnau ultrasonic. Dangosir y diagram sgematig o'r model mesur llif ultrasonic yn Ffigur 3.6. Er mwyn gwella effeithlonrwydd cyfrifiannol yr ateb model 3D, rydym fel arfer yn defnyddio cymesuredd i efelychu hanner y sianel i gynrychioli'r model cyfan. Yn ystod y broses adeiladu model, dylid ystyried dylanwad gwahanol ddeunyddiau piblinell ar yr ongl plygiant ultrasonic, yn ogystal â'r pellteroedd dadleoli llorweddol gwahanol ar gyfer y ddau drawsddygiadur sydd wedi'u gosod o dan ddiamedrau pibellau gwahanol.
Ffigur 3.6 Diagram Sgematig o Adeiladwaith Model Mesur Llif Ultrasonig
Dulliau Gosod Transducer
Er mwyn bodloni'r gofynion cyffredinol ar gyfer mesur diamedrau pibellau gwahanol, dylid defnyddio amlder gweithio gwahanol o drawsddygiaduron ultrasonic a gwahanol ddulliau gosod transducer wrth fesur llif ultrasonic. Mae'rclamp ar fesurydd llif ultrasonic mathyn cynnig manteision penodol yn hyn o beth, gan ei fod yn caniatáu ar gyfer gosod anfewnwthiol heb fod angen torri pibellau neu gau prosesau. Mae dulliau gosod cyffredin yn cynnwys siâp V, siâp Z, siâp N, a siâp W. Er mwyn astudio effaith gwahanol ddulliau gosod transducer ar signalau lluosogi tonnau ultrasonic, mae angen cynnal ymchwil cysylltiedig. Mae'r erthygl hon yn bennaf yn defnyddio efelychiad modelu dull gosod transducer siâp Z- fel enghraifft ar gyfer arddangosiad.
Is-adran Dull a Grid Galerkin amharhaol
Yn COMSOL Multiphysics 5.6, defnyddir y modiwl rhyngwyneb "Convection Equation, Time Domain Explicit", ac yn ddiofyn, mae'n ffurfio rhan o'r fformiwla gyda swyddogaethau chwartig. Ar gyfer datrys problemau tonnau, profwyd bod dull Amharhaol Galerkin yn ddull effeithlon. Mae dull Discontinuous Galerkin yn symleiddio'r broblem rhannu grid mewn modelau mawr, gan ganiatáu defnyddio gridiau tetrahedrol rhad ac am ddim gyda hanner-maint tonfedd, ac yn olaf datrys y model cyfan. Yn y rhaniad grid gwirioneddol, rydym fel arfer yn gosod maint yr elfen grid i unrhyw werth rhwng hanner tonfedd a dwy ran o dair o donfedd i gael cydraniad gofodol priodol. Wrth ddefnyddio'r datryswr parth amser, mae maint y cam amser mewnol yn cael ei reoli'n llym gan feddalwedd COMSOL, felly mae'r elfen grid leiaf yn y model yn rheoli'r cam amser. Wrth osod elfennau grid tetrahedrol am ddim, rhaid rheoli'r meintiau elfen uchaf ac isaf. Yn COMSOL Multiphysics 5.6, ar gyfer yr amser "Haliad Darfudiad"-rhyngwyneb parth penodol, mae'r cam amser mewnol yn cael ei ddewis yn awtomatig ar sail lefel mireinio'r grid a phriodweddau ffisegol. Mae Ffigur 3.7 yn dangos y rhaniad grid ar gyfer astudio cyflymder llif cefndir ac acwsteg gan ddefnyddio dull gosod siâp Z.
(a) Cyflymder Llif Cefndir (b) Acwsteg
Ffigur 3.7 Is-adran Grid ar gyfer Astudio Cyflymder Llif Cefndirol ac Acwsteg ar Amserau Gwahanol
Ffurfweddiad Maes Corfforol
Ar ôl i'r model gael ei adeiladu, mae angen gosod meysydd ffisegol. Mae'r parth hylif sydd ar y gweill wedi'i osod fel maes ffisegol llif laminaidd neu gythryblus i efelychu'r hylif sydd ar y gweill yn ystod y defnydd gwirioneddol; mae'r parth hylif sydd ar y gweill, y biblinell, a'r transducers ar ddwy ochr y biblinell yn cael eu gosod fel y maes ffisegol "Hyaliad Darfudiad, Parth Amser Eglur" i efelychu lluosogi tonnau ultrasonic. Yn y gosodiad maes ffisegol "Hyaliad Darfudiad, Parth Amser Eglur", diffinnir pennau'r biblinell fel ffiniau rhwystriant i gwtogi'r cyfrifiad. Mewn efelychiadau laminaidd neu gythryblus, mae'r fewnfa hylif ar y chwith, ac mae'r allfa hylif ar y dde. Astrap armesurydd llif ultrasonicsefydlir cyfluniad gyda throsglwyddydd ultrasonic wedi'i osod ar ochr waelod y biblinell, a derbynnydd wedi'i osod ar yr ochr uchaf. Mae cyflymder arferol yn cael ei gymhwyso ar ben y trosglwyddydd i allyrru tonnau ultrasonic.
Modelu a Dadansoddi Cyflwr Hylif
Wrth ddefnyddio meddalwedd COMSOL Multiphysics 5.6 ar gyfer efelychiadau mesur llif ultrasonic, mae angen modelu a dadansoddi'r cyflwr hylif sydd ar y gweill yn gyntaf. Gan gymryd pibell PVC gyda diamedr allanol o 15 mm a thrwch wal o 0.75 mm fel enghraifft, perfformiwyd efelychiadau laminaidd a chythryblus. Mae'r efelychiadau hyn yn hanfodol ar gyfer deall sut mae'rstrap ultrasonic ar y mesurydd llifyn perfformio o dan amodau llif amrywiol. Mae efelychiad llif laminaidd yn defnyddio'r modiwl "Llif Laminar" yn COMSOL Multiphysics 5.6 ar gyfer gosod maes ffisegol, ac mae efelychiad llif cythryblus yn defnyddio'r modiwl "Llif Cythryblus, k-ω". Mae Ffigur 3.8 yn dangos maint y cyflymder llif cefndir o dan amodau laminaidd a helbulus.
O Ffigur 3.8, gellir gweld, o dan amodau llif laminaidd, bod y cyflymder llif ym mhob rhan o'r biblinell bron yn unffurf, yn agos at gyflymder llif cyfartalog yr hylif cefndir. Yn ôl y diagram, mae'r lliw dyfnach yng nghanol y biblinell yn dangos cyflymder llif uwch.
(a) Llif Laminaidd (b) Llif Cythryblus
Ffigur 3.8 Maint y Cefndir Cyflymder Llif O dan Gwahanol Gyflyrau Hylif
Cefndir Dadansoddiad Cyflymder Llif
Er mwyn dangos yn gliriach y cyflymder llif ym mhob rhan o'r biblinell, dewiswyd rhan o'r biblinell i blotio cromlin cyflymder llif cefndirol. Mae Ffigur 3.9 yn dangos cromliniau cyflymder llif cefndir o dan amodau llif laminaidd a chythryblus.
Ar gyfer y bibell PVC gyda diamedr allanol o 15 mm a thrwch wal o 0.75 mm, cynhaliwyd dadansoddiad efelychu. Dangosir canlyniadau'r efelychiad sy'n defnyddio'r modiwl "Laminar Flow" yn Ffigur 3.9(a). Gellir gweld, yn y cyflwr llif laminaidd, mai dim ond o fewn ystod 5 mm y mae trawsnewidiad cyflymder llif yn digwydd ar wyneb y bibell, tra bod y cyflymder llif mewn lleoliadau eraill tua 10 m / s, sy'n dangos bod profiadau hylif yn oedi llif ger wal y bibell oherwydd ffrithiant pibell. Mewn cyferbyniad, dangosir canlyniadau'r efelychiad sy'n defnyddio'r modiwl "Llif Cythryblus, k-ω" yn Ffigur 3.9(b). Gellir gweld, o dan gyflwr cyflymder llif cyfartalog o 10 m/s, bod y cyflymder llif ger wal y bibell tua 4.5 m/s, a gall y cyflymder llif yng nghanol y biblinell gyrraedd tua 12.2 m/s, gyda'r dosbarthiad cyflymder llif yn ffurfio siâp parabolig.
(a) Llif Laminaidd
(b) Llif Cythryblus
Ffigur 3.9 Cefndir Cromliniau Cyflymder Llif O dan Gwahanol Gyflyrau Hylif
Efallai y bydd gennych ddiddordeb yn y pynciau hyn hefyd.
