بررسی عددی تأثیر نصب مستقیم پمپ به شبکه آب بر عملکرد کنتورهای آب خانگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مرکز تحقیقات انرژی و توسعه پایدار، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران

2 استادیار، مرکز تحقیقات انرژی و توسعه پایدار، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران

10.22093/wwj.2019.141217.2721

چکیده

یکی از مهم‌ترین روش‌های مدیریت مصرف، کاهش آب به حساب نیامده و تلفات آب در سامانه‌های آب‌رسانی شهری و روستایی است. عدم دقت کنتورها می‌تواند در ارزیابی برنامه‌های کنترل هدررفت و برنامه‌های حفاظت منابع، تأثیر مستقیمی داشته باشد و منجر به تصمیمات نادرستی شود. در این پژوهش برای شبیه‌سازی عددی تأثیر نصب مستقیم پمپ بر عملکرد کنتورهای آب خانگی، یک نمونه کنتور توربینی از نوع چند افشانه انتخاب شد. در شبیه‌سازی فرض شد که مقدار گشتاورهای ترمزی مکانیکی وارد بر پروانه کنتور مانند گشتاور اصطکاک یاتاقان‌ها و مغناطیس، ناچیز و در حد صفر است. جریان ورودی و خروجی کنتور کاملاً توسعه‌یافته و مدل آشفتگی SST:K-ω انتخاب شد و سرعت چرخش پروانه کنتور در دبی‌های مختلف به‌دست آمد. مقایسه نتایج حل عددی با داده‌های تجربی آزمون‌های شرکت سازنده، حداکثر خطای 66/9 درصد را نشان داد. بنابراین می‌توان برای بررسی تأثیر نصب مستقیم پمپ در خروجی کنتور آب بر عملکرد آن، از شبیه‌سازی عددی استفاده نمود. به‌عنوان یک نمونه کاربردی، عملکرد کنتور آب در حالت قرار گرفتن پمپ گریز از مرکز به‌صورت مستقیم بعد از آن، شبیه‌سازی شد و نتایج آن با حالت بدون پمپ مقایسه شد. رفتار کنتور در حالتی که پمپ در خروجی آن نصب شده بود نسبت به حالت بدون پمپ در دبی‌های مختلف، متفاوت بود. این تفاوت ناشی از تغییر پروفیل جریان و زاویه برخورد آب با پروانه است. نتایج نشان داد که در شرایط یکسان و در دبی‌های بیشتر از 536 لیتر بر ساعت، سرعت چرخش پروانه نسبت به حالت بدون پمپ حداکثر 17 درصد کاهش می‌یابد و در نتیجه کنتور نسبت به حالت بدون پمپ، دارای خطای منفی در اندازه‌گیری و به‌اصطلاح کم‌کار می‌شود، اما در دبی‌های کمتر از 75 لیتر بر ساعت، سرعت چرخشی پروانه نسبت به حالت بدون پمپ، تقریباً دو برابر افزایش می‌یابد و به‌همین ترتیب خطای اندازه‌گیری کنتور نسبت به حالت بدون پمپ، بیشتر و به‌اصطلاح پرکار می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Effect of Direct Pump Installation to the Water Network on the Performance of Domestic Water Meters

نویسندگان [English]

  • Hassan Talebbydokhty 1
  • Hadi Kargarsharifabad 2
1 MSc., Energy and Sustainable Development Research Center, Semnan Branch, Islamic Azad University, Semnan, Iran
2 Assist. Prof., Energy and Sustainable Development Research Center, Semnan Branch, Islamic Azad University, Semnan, Iran
چکیده [English]

One of the most important ways to manage consumption is to reduce non-revenue water and losses in urban and rural water supply systems. The inaccuracy of the meters can have direct impact on the evaluation of loss water control programs as well as resource conservation programs thereby leading to incorrect decisions. In this paper, for numerical simulation of the effect of direct pump installation on the performance of domestic water meters, a turbine water meter of multi-jet production type is selected. It is assumed that the values of the mechanical brake torque on the impeller, such as the bearing friction drag torque, and magnetic magnitude is insignificant and can be considered as zero. The input and output flow are the fully developed in the water meter where K-ω-SST turbulent model is selected and the rotational speed of the impeller is collected at different flow rates. Comparing the numerical solution results with the manufacturer's practical experiments data, reveals the maximum error of 9.66%. Thus, the model can be used to evaluate the effect of direct pump installation on the performance of domestic water meters. As a real-world case, the water meter performance when the centrifuge pump is directly inserted into the outlet of the water meter is simulated and the results were compared with the non-pumped state. the behavior of the water meter when the pump is installed at the outlet of the water meter differs from the non-pumped mode in different flow rates. This difference is due to the change in the flow profile and the angle of impact of the water with the impeller. The results indicate that in high flow rates (more than 536 L/h) with the other same conditions, rotational speed of the impeller is less than the non-pumped state with the maximum decrease of 17% and thus the meter has a negative error measurement. However, in low flow rates (less than 75 L/h) the rotational speed of the impeller is increased almost twice more than the non-pumped state causing enlargement in meter's orders of error measurement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water Meter
  • torque
  • Rotational Speed of The Impeller
  • Flow Rate

AWWA. 2014. Sizing water service lines and meters, (M22), 3rd Ed., American Water Works Association, USA.

Arregui, F., Cabrera, E., Cobacho, R. & García-Serra, J. 2005. Key factors affecting water meter accuracy. Proc. of IWA Special Conf. Leakage 2005, Halifax, Nova Scotia, Canada.

Cheesewright, R. & Clark, C. 1997. Step response tests on turbine flowmeters in liquid flows. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 211, 321-330.

Chen, G., Wu, Y., Cao, G., Li, M. & Fu, S. 2008. Prediction on meter factor of the turbine flowmeter with unsteady numerical simulation. ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting collocated with the Heat Transfer, Energy Sustainability, and 3rd Energy Nanotechnology Conferences, American Society of Mechanical Engineers, Florida, USA. 875-882.

Guo, S., Sun, L., Zhang, T., Yang, W. & Yang, Z. 2013. Analysis of viscosity effect on turbine flowmeter performance based on experiments and CFD simulations. Flow Measurement and Instrumentation, 34, 42-52.

Hirsch, C. 2007. Numerical computation of internal and external flows: the fundamentals of computational fluid dynamics, Butterworth-Heinemann, Elsevier, USA.

Huang, Y. Z., Sun, Y. T., Zhang, B. S., Chen, G. & Zhu, B. L. 2015. Calculating the torques and meter factor of turbine flow meter with numerical simulation. Applied Mechanics and Materials, 713, 164-168.

Iranian Plan and Budget Organization. 2013. A guide to recognizing and investigating effective factors of water loss and itsreduction strategies, Iranian Plan and Budget Organization Report 556, Tehran, Iran. (In Persian)

Karassik, I. J., Messina, J. P., Cooper, P. & Heald, C. C. 2001. Pump handbook, McGraw-Hill, New York, USA.

Kargarsharifabad, H., Nazarzadeh, M., Motahari, A. & Farmanientezam, H. 2016. Experimental investigation of direct pump instalition on water meter performance. First International Conference on Water, Environment and Sustainable Development. University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran. (In Persian)

Lee, B., Cheesewright, R. & Clark, C. 2004. The dynamic response of small turbine flowmeters in liquid flows. Flow Measurement and Instrumentation, 15, 239-248.

Lee, W. & Evans, H. 1965. Density effect and reynolds number effect on gas turbine flowmeters. Journal of Basic Engineering, 87, 1043-1051.

Miller, R. W. 1983. Flow measurement engineering handbook. 3rd Ed., McGraw-Hill Education, New York, USA.

Pope, S. B. 2000. Turbulent flows, Cambridge University Press, UK.

Saboohi, Z., Sorkhkhah, S. & Shakeri, H. 2015. Developing a model for prediction of helical turbine flowmeter performance using CFD. Flow Measurement and Instrumentation, 42, 47-57.

Sama Rahdan Consulting Engineers. 2008. Management guide apparent loss, Tehran, Iran. (In Persian)

Stoltenkamp, P. W. 2007. Dynamics of turbine flow meters. Technische Universiteit Eindhoven. DOI: 10.6100/IR621983.

Sun, L., Zhou, Z. & Zhang, T. 2006. Numerical simulation of turbine flowmeter's three-dimensional flow fields. In 2006 6th World Congress of Intelligent Control and Mechatronics Automation, Dalian, China, Vol. 1, pp. 5023-5027.

Versteeg, H. K. & Malalasekera, W. 2007. An introduction to computational fluid dynamics: the finite volume method, Pearson Education, Essex, England.

Wang, Z. & Zhang, T. 2007. Research on tangential type turbine flowmeter based on simulation. Intelligent Control and Mechatronics Automation,Harbin, China, pp. 3094-3099.

Yunus, A. C. & Cimbala, J. M. 2006. Fluid mechanics fundamentals and applications. International Edition, McGraw Hill Publication, Boston, Mass, USA.

Zhen, W. & Tao, Z. 2008. Computational study of the tangential type turbine flowmeter. Flow Measurement and Instrumentation, 19, 233-239.