Дослідження впливу параметрів налаштування CFD-моделі на результати моделювання ультразвукових витратомірів
Автор: Прокопів Володимир Олександрович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерно-інтегровані системи керування виробництвами
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Прокопів В.О., Роман В.І. (керівник). Дослідження впливу параметрів налаштування CFD-моделі на результати моделювання ультразвукових витратомірі. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2023. Актуальність досліджень. Ультразвукові витратоміри (УЗВ) є доволі популярними пристроями вимірювання витрати, поряд із класичними методами (метод змінного перепаду тиску, роторні лічильники). Згідно спеціалізованого сайту straitsresearch.com [1], світовий ринок УЗВ стрімко зростає, і за прогнозами експертів, досягне 1 080 мільйонів доларів США до 2030 року. В Україні ця тенденція теж існує (принаймні була до війни), до прикладу станом на 2021 рік: ТОВ «Оператор ГТС України» з початку року встановило УЗВ на 27 газорозподільних станціях для підвищення точності та достовірності обліку газу [2]; оператор газосховищ України розпочав реалізацію масштабного проекту з будівництва пунктів вимірювання газу, зокрема на Більче-Волицько-Угерському газосховищі із використанням УЗВ. Бюджет робіт, які мали тривати до 2025 року, сягав 1,4 млрд гривень [3]. Попри популярність УЗВ, що викликана в першу чергу їх перевагами (мають більш широкий діапазон вимірювання та вдвічі більшу точність, завдяки калібруванню на провідних Європейських метрологічних стендах [3]; малі втрати тиску, реверсний режим вимірювання та інші [4-6], цей тип витратомірів має і свої недоліки [4-6]. Серед основних – це чутливість до асиметрії (чи іншого збурення) профілю швидкості потоку [4-7]. Першим способом усунення цього впливу, є достатня відстань між УЗВ і джерелом спотворення [4]. Другий спосіб – удосконалення конструкції УЗВ (додавання стурминовипрямлячів) [4-6]. Як в першому, так і другому випадку, зручним інструментом стають методи обчислювальної гідродинаміки (CFD-моделювання), які перебуває на такому рівні, що дозволяють вирішувати широкий спектр наукових та практичних задач [8-9]. До комп’ютерних програмних пакетів, що реалізують методи обчислювальної гідродинаміки (CFD-пакети), належить і Flow Simulation, що є складовою частиною САПР SolidWorks. Щоб провести моделювання потоку в CFD-пакеті Flow Simulation, користувачу необхідно виконати процедуру CFD-аналізу – побудувати адекватну CFD-модель УЗВ (його тривимірний макет) та правильно налаштовані параметри CFD-моделювання [10]. Об’єктом дослідження магістерської кваліфікаційної роботи є вплив параметрів налаштування CFD-моделі на результати моделювання УЗВ. Предметом дослідження є процес моделювання УЗВ за допомогою CFD-моделі. Метою дослідження є розроблення методики дослідження впливу важливих в контексті ультразвукової витратометрії параметрів налаштування CFD-пакету при моделюванні УЗВ та розробка конкретних рекомендації щодо їх вибору. У першому розділі магістерської кваліфікаційної роботи на базі аналізу науково-технічної літератури, розглянуто суть та особливості методів CFD-моделювання, структура CFD-аналізу та приклади програмних CFD-пакетів. Також розгляунуто суть УЗВ, його переваги та недоліки, а також те, які поширені задачі вирішуються методами обчислювальної гідродинаміки в ультразвуковій витратометрії. У другому розділі магістерської кваліфікаційної роботи розроблено алгоритм побудови тривимірного макету УЗВ та алгоритм налаштування CFD-моделі для моделювання УЗВ. Також розроблено методики дослідження впливу параметрів налаштування CFD-моделі на результат моделювання УЗВ. У третьому розділі магістерської кваліфікаційної роботи проведено дослідження впливу параметрів CFD-моделі при моделюванні двоканального хордового ультразвукового витратоміра. На основі опрацювання результатів цих досліджень, створено блок рекомендацій щодо вибору параметрів налаштування CFD-моделі при моделюванні ультразвукових витратомірів даного типу. Ключові слова: ультразвуковий витратомір, хордові акустичні канали, обчислювальна гідродинаміка, CFD-модель, тривимірний макет, параметри налаштування, CFD-пакет, моделювання.