Orifis akış ölçerlerde üst akım mesafesini kısaltmak için yeni tip bir akış şartlandırıcısının debi ölçüm doğruluğuna olan etkisinin deneysel yöntemle araştırılması
Determining the effect of a new type flow conditioner on the accuracy of flow measurement accuracy by experimental method to reduce the upstream distance in orifice flow meters
Yazar: RAMAZAN ÇİFTÇİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN DÜZ
Batman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akış ölçer = Flowmeter ; Debi ölçümü = Discharge measurement ; Orifisler = Orifices ; Üst akım = Overflow

Özet:
Orifis akış ölçerler: Basit, düşük maliyetli, dayanıklı ve çoğu akış türünde (sıvı, gaz, sıvı+gaz vb.) kullanılabildiğinden çok tercih edilen bir akış ölçerdir. Fakat uzun boru montajı sınırlı alan akış sistemlerinde kullanılmamasına neden olmuştur. Bir çözüm olarak akış şartlandırıcılar kullanılarak bu uzun boru oldukça kısaltılabilmektedir. Pek çok akış şartlandırıcı geliştirilmesine rağmen akış şartlandırıcılar basınç kaybı ve kısa akım mesafesi açısından halen araştırıldıkları görülmektedir. Bu tezde, kısa akımda yüksek ölçüm doğruluğu sağlayabilmek amacıyla basınç kaybı az, çok delikli akış şartlandırıcı plakalar  (1x7, 1x6x12) deneysel olarak araştırıldı. Delik pah açısının basınç kaybı üzerindeki etkisini araştırmak için 1x7 pahsız plaka ve dörtü pahlı (15°, 30°, 45°, 55° ) plaka imal edildi. Ayrıca gözeneklik oranı (GO) daha büyük olan bir adet 1x7 (GO=0.25) plakası da imal edildi. Bilinen 1x6x12 Laws plakası karşılaştırma amacıyla kullanıldı. Deneyde bir küresel vananın D aşağı akımında konumlandırılan şartlandırıcı plakanın iki aşağı akım mesafesinde (2D ve 3D) orifis akış ölçer üzerindeki etkileri araştırıldı. Deneyde 52 mm çapındaki test borusuna yerleştirilen orifis plakası (β=0.346, 0.480) üç farklı debide (1000, 1500, 2000L/h) ve iki vana konumunda test edildi. Deneysel veriler sonucunda debi ölçüm hatası ve şartlandırıcı plaka basınç kayıpları analiz edildi. Analiz sonuçlarına göre minimum basınç kaybı 20° civarındaki pah açılarında oluşmaktaydı ve pahsız plakaya göre basınç kaybı %30 kadar düşüktü. Sonuçlara göre 1x6x12 plakası %50 açık vana konumunda tüm akış testlerinde %0.5 altında bir debi ölçüm hatası göstermesine rağmen vana konumu %20 olduğunda bu hata 5-10 kat artabilmekteydi. L1 durumunda tüm akış testlerinde vana konumundan daha az etkilendiğinden 1x6x12 göre daha iyi bir akış şartlandırıcısı olduğu görüldü. 30° ve 45° pahlı şartlandırıcı plakalar L2 durumunda β=0.346 orifis plakası takılı iken tüm akış testlerinde %1 altında debi ölçüm hatası göstermelerine rağmen 15° pahlı plaka L2 durumunda tüm akış testlerinde %1 altında debi ölçüm hatası ile daha iyi bir akış şartlandırıcı özelliği göstermiştir. 15o pahlı plaka 1x6x12 plakasıyla karşılaştırıldığında vana konumundan çok daha az etkilendiğinden L2=3D gibi kısa üst akım mesafesinde çok iyi bir akış şartlandırıcısı olduğu bu çalışmanı sınırları dahilinde anlaşılmıştır.

Abstract:
Orifice flow meters: They become the most preferred flow meters since they are of simple use, low budget, durable and can be used in many flow types (liquid, gas, liquid + gas etc.). However, their long pipe installation poses an obstacle for them to be used in the limited space flow systems. Long pipe can be greatly shortened by using flow conditioners as a solution. Although many flow conditioners have been developed, flow conditioners are still being investigated in terms of pressure loss and short flow distance. In this dissertation, multi-hole flow conditioning plates that have low pressure loss (1x7, 1x6x12) were analyzed empirically to ensure the high measurement accuracy.  One 1x7 unchamfered plate and four chamfered plates (15°, 30°, 45°, 55° ) were manufactured in order to investigate the impact of hole chamfer angle on the pressure loss. Additionally, one 1x7 (Porosity Ratio=0.25) plate that has a bigger porosity ratio was also manufactured. One common 1x6x12 Laws plate was used for comparison purpose. In the experiment, the impacts of a conditioner plate positioned in D downstream of a ball valve on orifice flow meters were investigated at two downstream distances (2D and 3D). Orifice plate (β=0.346, 0.480) inserted in test pipe of 52 mm in diameter was tested in three different flow rate (1000, 1500, 2000L/h) and at two valve positions. As a result of the empirical data, flow rate measurement error and conditioner plate pressure losses were analyzed. According to analysis results, minimum pressure loss occurred at chamfer angles around 20o and the pressure loss was 30 % less when compared with the unchamfered plate. In reference to results, even though 1x6x12 plate showed a flow rate measurement error below 0.5% in 50 % open valve position in all flow tests, that error could increase 5-10 times when the valve position is 20 %. This showed that velocity profile of 1x6x12 plate is very sensitive to distortion level. 1x7 (porosity ratio=0.25) plate showed very low flow rate measurement error below 0.5 % only when it was in L1 position and when the β=0.48 plate was inserted. It was observed that it is a better flow conditioner when compared with 1x6x12 plate since it was affected from valve position less in L1 position in all flow tests. Although chamfered conditioner plates of 30o and 45o showed flow rate measurement error below 1 % in all flow tests when β=0.346 orifice plate was inserted in L2 position, 15° chamfered plate showed better flow conditioner quality with flow rate measurement error below 1 % in L2 position in all flow tests. Since15° chamfered plate was affected less from the position of valve when compared with 1x6x12 plate, it was understood within the scope of this study that it is a very good flow conditioner within overflow distance like L2=3D.