مدلسازی عددی پمپ‌های دیافراگمی تزریق با در نظر گرفتن برهمکنش سیال و سازه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

در این مقاله عملکرد یک نمونه از پمپ‌های دیافراگمی تزریق مورد ‌استفاده در سیستم‌های بودارکننده تزریقی ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز، با در نظر گرفتن تاثیرات برهمکنش سیال و سازه، شبیه‌سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده است. شبیه‌سازی عملکرد پمپ دیافراگمی مورد مطالعه در نوسان دیافراگم با دوره تناوب یک ثانیه و سه دامنه حرکت 0.8 و 0.5 و 0.2 میلی‌متر، نشان می‌دهد که با افزایش دامنه نوسان دیافراگم، سرعت سیال و دبی سیال خروجی از پمپ افزایش می‌یابد. به‌طوریکه میزان دبی متوسط خروجی پمپ در دامنه‌های مذکور به ترتیب برابر با 0.002، 0.0013 و 0.0005 کیلوگرم بر ثانیه است. البته با افزایش دامنه نوسان دیافراگم از 0.2 به 0.8 میلی‌متر، مقدار تنش حداکثر اعمالی به دیافراگم نیز از 32.2 به 99.2 مگاپاسکال (معادل 208 درصد) افزایش می‌یابد. همچنین تاثیر فرکانس نوسان دیافراگم بر عملکرد پمپ بررسی شده و نتایج نشان می‌دهد که دبی پمپ نسبت مستقیم و خطی با فرکانس نوسان دیافراگم دارد، در صورتیکه تنش اعمالی بر دیافراگم وابسته به فرکانس نیست. بر اساس نتایج به‌دست آمده اگر به جای آنکه پمپ در دامنه حرکت دیافراگم 0.8 میلی‌متر و فرکانس 1 هرتز کارکند، دامنه حرکت دیافراگم روی 0.5 میلی‌متر و فرکانس 1.6 هرتز تنظیم شود، دبی پمپ دقیقا یکسان خواهد بود، در حالیکه تنش حداکثر در دیافراگم حدود 30 درصد کاهش یافته و احتمال آسیب آن کمتر می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling of Diaphragm Dosing Pumps with Fluid-Structure Interaction Analysis

نویسندگان [English]

  • Rafat Mohammadi
  • Arefe Rabiee Kerahrudib
  • amiir ahmadi
Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran
چکیده [English]

In this paper, the performance of a of diaphragm dosing pump is simulated with fluid-structure interaction analysis. The simulation results are validated with experimental data . Performance simulation of the diaphragm pump for the diaphragm oscillation period of 1 second and three different diaphragm amplitude of 0.8, 0.5 and 0.2 mm, shows that as the amplitude increases, the flow rate of the pump increases. So that the average flow rate of the pump in the mentioned amplitudes is equal to 0.002, 0.0013 and 0.0005 kg/s, respectively. As the amplitude increases from 0.2 to 0.8 mm, the maximum stress applied to the diaphragm increases from 32.2 to 99.2 MPa (equivalent to 208%). Also, the effect of diaphragm oscillation frequency on pump performance is investigated and the results show that flow rate of the pump has a direct and linear relation with the diaphragm oscillation frequency, while the applied stress on the diaphragm is not frequency dependent . According to the results, if the pump amplitude is set to 0.5 mm and the frequency is 1.6 Hz, instead of operating at a diaphragm amplitude of 0.8 mm and a frequency of 1 Hz, the flow rate of the pump will be exactly the same. While the maximum amount of stress in the diaphragm will be reduced by about 30% and the probability of damage will be reduced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Diaphragm pumps
  • Numerical modeling
  • Fluid-Structure Interaction
  • Dosing pumps