Yüksek ölçüm hassasiyetine sahip ultrasonik ısı sayacı tasarımı, sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Ultrasonic heat meter design with high measurement precision, numerical and experimental investigation
Yazar: FUAD SAMADZADE
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF TEKİN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akış ölçer = Flowmeter ; Merkezi ısıtma = Central heating ; Sayaçlar = Meters ; Ultrasonik ısıtma = Ultrasonic heating

Özet:
Geçiş zaman tekniği ile çalışan ultrasonik akış ölçerler doğalgazdan petrol ve suya kadar geniş kullanım alanına sahip ölçüm cihazlarıdır. Basit mekanik yapıları, düşük basınç kayıpları, kolay kurulum, düşük maliyet, içerisinde hareketli mekanik aksam bulundurmamaları, yaşlanma ve yıpranma etkilerinin az olması, yüksek doğruluk ultrasonik su sayaçların avantajları arasında yer almaktadır. Gövdesinde yer alan yansıtıcı aynaların ve kurulum etkilerinin oluşturduğu türbülansa karşı duyarlı olmaları ise bu cihazların dezavantajlarıdır. Bu çalışmada, gerek gövde içerisindeki yansıtıcı aynalar ve gövdenin yapısından kaynaklanan gerek tesisat bağlantılarından kaynaklanan türbülans vb. hataya sebep olan oluşumlar incelenerek, bu etkilerin minimize edildiği yeni bir ultrasonik ısı sayacı tasarımı yapılmıştır. Tasarımı yapılan yeni sayaç, metal dış gövde ile aynaların ve akış düzenleyici unsurların yer aldığı plastik iç gövdeden oluşmaktadır. FNF Teknoloji SAN. TİC. A. Ş. bünyesinde tasarladığımız Ultrasonik ısı sayacı gövdesinin Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak sayısal modelleme ile akış analizleri yapılmıştır. ANSYS Fluent kullanılarak akış profili, hız dağılımı, akım çizgileri, hız vektörleri, akıştaki girdaplar ve türbülans şiddeti gibi veriler elde edilip incelenmiş ve tasarıma nihai şekli verilmiştir. Bu tasarımda yansıtıcı pimler kullanılmamış ve iç aksamının geometrisi akışı en az etkileyecek şekilde tasarlanmıştır. Yeni tasarımın en önemli farkı giriş kısmının akış düzenleyici geometriye sahip olması ve akış alanı tüpünün 8 mm çapından başlayıp daralarak 6 mm azalmasıdır. Plastik iç gövdenin giriş kısmı, akışı en az seviyede etkileyecek ve tesisat bağlantı elamanlarından kaynaklı akış bozulmalarının düzeltecek şekilde tasarlanmıştır. Yeni tasarımdaki bu iyileştirme, eski ve yeni sayaçların analiz ve test verileri incelendiğinde görülmektedir. Tasarlanan ısı sayacı 0,06 m3/h gibi düşük debilerde bile yüksek hassasiyetle ölçüm yapabilmektedir. Tasarımı yapılıp üretilen bu sayacın yurtiçi ve yurtdışı pazarlarda satışı gerçekleştirilmektedir. 
Anahtar Kelimeler: Ultrasonik ısı sayacı, Ultrasonik, ısı pay ölçer, Ultrasonik akış ölçer

Abstract:
Ultrasonic flow meters working with the transition time technique are measurement devices with a wide range of uses from natural gas to oil and water. The advantages of ultrasonic flow meters are simple mechanical structures, low pressure losses, easy installation, low cost, less wear and tear effects, high accuracy in water measurement applications. The disadvantage is that they are sensitive to turbulence caused by reflective mirrors in their body, installation effects, and material roughness. In this study, the factors causing turbulence in the meter were analyzed and a new ultrasonic heat meter (UHM) design with lower turbulence was made. The newly designed meter consists of a metal housing and a plastic inner body with mirrors and flow regulator features. Flow analyzes of the UHM, which designed in FNF Teknology SAN. TİC. A.Ş, were carried out using computational fluid dynamics (CFD). The analysis were made in Ansys Fluent, the data such as flow profile, velocity distribution, streamlines, velocity vectors, eddies in the flow, and turbulence intensity were obtained and analyzed, and the design was given its final shape. In this design, reflective pins are not used, and its internal geometry is designed to affect the flow the least. The most important differences are that the inlet part of the new design has flow-regulating geometry, and the flow area tube starts from 8 mm in diameter and narrows to 6 mm.  The inlet part of the plastic inner body is designed to affect the flow at the minimum level and to correct the flow disturbances caused by the plumbing fittings. This improvement in the new design can be seen when the old and new meters analyzes, and test data are examined. The designed heat meter can measure with high precision even at low flow rates as low as 0.06 m3/h. This meter, which is designed and produced, is sold in domestic and international markets.
Keywords: Ultrasonic heat meter, Ultrasonic, Calorimeter, Ultrasonic flow meter