امکان سنجی عددی استفاده از پمپ‌های پیزوالکتریک جهت کاربرد به عنوان پمپ تزریق با در نظر گرفتن بر همکنش سیال و سازه

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراک

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراک

3 محقق، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراک

10.22044/jsfm.2022.11134.3456

چکیده

در این مقاله عملکرد یک پمپ پیزوالکتریک با در نظر گرفتن معادلات اصلی جریان سیال، دیافراگم الاستیک و میدان الکتریکی به صورت عددی شبیه‌سازی شده است. با توجه به اینکه در عملکرد پمپ‌های پیزوالکتریک سیال و سازه هر دو روی هم تاثیر می‌گذارند، شبیه‌سازی با منظور نمودن تاثیرات برهمکنش سیال و سازه به روش دو طرفه انجام شده است. نتایج به‌دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و حداکثر خطا در مقایسه با نتایج تجربی در تحلیل پایدار 66/9 درصد و در تحلیل ناپایدار 95/8 درصد محاسبه شده است. با توجه به پاسخ زمانی خوب و امکان کنترل دبی توسط پمپ‌های پیزوالکتریک، امکان استفاده از پمپ‌ پیزوالکتریک به عنوان پمپ تزریق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که پمپ مورد بررسی می‌تواند جهت تزریق ماده بودارکننده به گاز طبیعی مورد استفاده قرار گیرد؛ به طوری‌که اگر ایستگاه تقلیل فشار گاز پایلوت در حداکثر ظرفیت خود (10000 مترمکعب در ساعت) کار کند، پمپ پیشنهادی در ولتاژ 200 ولت و فرکانس 167/0 هرتز، دبی مورد نیاز ماده بودارکننده را تزریق خواهد کرد. سیستم بودارکننده پیشنهادی علاوه بر امکان کنترل دقیق مقدار ماده تزریق شده، نسبت به سیستم کنارگذر موجود در ایستگاه هزینه اولیه و بهره‌برداری کمتری دارد.

کلیدواژه‌ها


[1] Odorizer, Injection Type, IGS-M-PM-101(0), 1996.
[2] Welker K (2012) Overview of odorization systems. ASGMT.
[3] Odorizer, Bypass Type, IGS-PM-100(0), 1996.
[4] Odorizer, Meter Driven Type, IGS-M-PM-102(0), 1997.   
[5] Graff F, Kroger K, Reimert R (2007) Sulfur-free odorization with gas odor S-Free - a review of the accompanying research and development activities. Energy Fuels 21(6): 3322-3333.
[6] Liszka K, Laciak M, Oliinyk A (2014) Analysis of new generation odorants applicability in the polish natural gas distribution network. AGH Drilling, Oil, Gas 31(1): 59-70.
[7] Tukmakov AL, Mubarakshin BR, Tonkonog VG (2016) Simulation of the Process of Odorizing a Natural Gas. J Eng Phys Thermophys 89(1): 135-140.
[9] Negaresh M, Farrokhnia M, Mehranbod N (2018) Modeling and control of natural gas bypass odorizer. J Nat Gas Sci Eng 50: 339-350.
[10] Sadeghian H, Hojjat Y, Ghodsi M, Sheykholeslami MR (2014) An approach to design and fabrication of a piezo-actuated microdroplet generator. Int J Manuf Technol 70: 1091-1099.
[11] Tang Y, Jia M, Ding X, Li Z, Wan Z, Lin Q, Fu T (2019) Experimental investigation on thermal management performance of an integrated heat sink with a piezoelectric micropump. Appl Therm Eng 16: 114053.
[12] Bußmann A.B, Durasiewicz C.P, Kibler S.H, Wald C.K (2021) Piezoelectric titanium based microfluidic pump and valves for implantable medical applications. Sens Actuator A Phys 323: 112649.
[13] Asadi Dereshgi H, Dal H, Yildiz MZ (2021) Piezoelectric micropumps: state of the art review. Microsyst Technol 27: 4127-4155.
[14] Haldkar RK, Gupta VK, Sheorey T (2017) Modeling and flow analysis of piezoelectric based micropump with various shapes of microneedle. J Mech Sci Technol 31(6): 2933-2941.
[15] Vante AB, Ramakrishnan R (2021) A fluid structure interaction based simulation study of piezoelectric micropump for drug delivery application. IOP Conf 1123: 012001.
[16] Li C, Yan T, (2021) Design and numerical simulation analysis of valve-less piezoelectric pump with semi-cylinder bluff body. ICIIP Conf  305-308.
[17] Baker H (1998) Metals handbook desk edition. 2nd edn. Joseph R. Davis.
[18] Fuxu Li, Guangji Li (2015) Application of ANSYS APDL in the Design of Piezoelectric Transducer. 5th International Conference on Advanced Engineering Materials and Technology 506-511.
[19] Terahara T, Takizawa, Tezduyar TE, Bazilevs Y, Hsu MC (2020) Heart valve isogeometric sequentially-coupled FSI analysis with the space–time topology change method. Comput Mech 65: 1167-1187
[20] شجاعی فرد م، ساجدین ا، خلخالی ا (1399) تحلیل اثر توزیع ضخامت پره بر عملکرد توربین توربوشارژ در حالت پذیرش کامل و جزئی. نشریه علمی مکانیک   سازه­ها و شاره­ها 311-297 :(1)10.
[21] فتاحی ل، علی‌پور ع (1400) شبیه‌سازی عددی رفتار ارتعاشی دیواره یک محفظه احتراق آزمایشگاهی. مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر 896-881 :(2)53.
[22] Currie IG (2016) Fundamental mechanics of fluids. CRC Press. 4th edn. Marcel Dekker, Inc., New York.
[23] Ghalambaz M, Jamesahar E, Ismael MA, Chamkha AJ (2017) Fluid-structure interaction study of natural convection heat transfer over a flexible oscillating fin in a square cavity. Int J Therm Sci 111: 256-273.