پایان نامه با کلید واژگان
شبیه سازی، اندازه گیری، مدلسازی No category

وزیع قطر حباب متوسط در جهت شعاعی مقادیر نسبتا مساوی دارد در حالی که مقادیر نسبتا بزرگتر نزدیک دیواره برای تقریبا بیشتر موارد جز برای شرایط جریانی =0.986 و =0.321 دارد. زمانی که اندازه حباب های تشکیل شده بیش از مقدار بحرانی استاندارد خاص (5.5 میلی متر برای سیستم هوا- آب حبابی رو به بالا) است، حباب بزرگ به سمت مرکز لوله حرکت می کند و به شکل حباب سرپوشی در می آید. و شرایط جریان =0.986 و =0.321 نمونه معمول است که بیانگر این مهاجرت است و حباب های سرپوشی توسط هیبیکی و همکاران(2001) گزارش شده است. علاوه بر این، حباب سرپوشی پدیده ورود ضعیفی دارد که حباب های کوچک را در ناحیه حلقه آن جذب می کند تا حباب های بزرگتر تشکیل شود که در نتیجه، قطر متوسط حباب را در مرکز لوله افزایش داده و محدوده توزیع قطر متوسط حباب را بزرگ می کند. در کل، این دو مدل عددی به طور منطقی، توزیع اندازه حباب را برای تمام موارد جز شرایط جریانی =0.986 و =0.321 خوب پیش بینی می کند. هر دو رابطه ضریب دراگ قطر متوسط حباب را در مرکز کمتر پیش بینی می کند اما در نزدیکی دیواره منطقی پیش بینی می کند(شکل 5-6-h را ببینید). این ناسازگاری ها ممکن است به دلیل مدل موازنه جمعیتی باشد چون مدل ABND فقط قطر حباب متوسط را بیان می کند. این ممکن است زمانی دشوار باشد که برای شرایط جریانی در محدوده گسترده توزیع اندازه حباب (چنگ و همکاران 2007) مطابقت داده شده باشد. علاوه بر این، نادیده گرفتن پدیده ورود حلقه در مدل یو و مورل(2004) ممکن است دلیل دیگر برای ناسازگاری بین نتایج پیش بینی شده و داده های اندازه گیری شده باشد.
شکل 5-6) توزیع قطر متوسط حباب پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001)
5-4-3)سرعت گاز متوسط زمانی
پروفایل های شعاعی پیش بینی شده و اندازه گیری شده سرعت هوا در ایستگاه اندازه گیری Z/D=53.5 در خروجی دیواره در شکل 5-7 نشان داده شده است. رابطه ضریب دراگ سیمونت و همکاران (2007) با معرفی کسرخالی، پیش بینی قابل توجه بهتری از پروفایل های سرعت گاز نسبت به مدل ضریب دراگ ایشی و زوبر(1979) در بسیاری از موارد مطالعه شده دارد. همانطور که توسط سیمونت و همکاران (2007) گزارش شده است، تاثیر نیروی دراگ تمایل به افزایش با افزایش کسر خالی گاز تا 15 % دارد، افزایش کسر خالی گاز بیشتر منجر به کاهش پدیده کاهش کشش می شود. دلایل توضیح افزایش کشش زمانی که کسر خالی گاز بین 0 تا 15 % است، به دلیل سرعت شتاب گرفته فاز مایع است. چون فضای فاز مایع با حباب های اضافه شده اشغال شده است، فاز مایع مجبور به شتاب گرفتن در فضای باریک برای حفظ همان دبی جریان است. زمانی که کسر خالی گاز بیش از مقدار بحرانی خاص 15 % شود، اشتیاق در حلقه حباب ها شروع به تاثیر روی چگونگی شرایط می کند و منجر به کاهش ضریب دراگ با کسرخالی می کند. برای بیان بیشتر درجه بهبود ضریب دراگ سیمونت و همکاران(2007) با مدل ایشی و زوبر(1979) مقایسه می شود.
شکل 5-7) پروفایل سرعت شعاعی گاز پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001)
مفهوم درصد خطای سرعت گاز به صورت زیر معرفی می شود:
error=|u_g-u_g^’ |/(u_g^’ )×100% (5-18)
در رابطه بالا، u_g و u_g^’ سرعت های گاز پیش بینی شده و تجربی هستند. این فرمولاسیون برای برآورد صحت نتایج شبیه سازی در مقایسه با داده های تجربی استفاده می شود. در شکل 5-8، درصد خطای سرعت گازی متوسط زمانی در موقعیت محوری Z/D=6.0 و 5/53 رسم شده است. خط بیانگر نتایج پیش بینی شده سیمونت و همکاران(2007) است در حالی که نقاط بیانگر داده های ایشی و زوبر(1979) است. همانطور که در شکل 5-8 نشان داده شده است، مدل سیمونت و همکاران(2007) مقادیر درصد خطای کمتری برای بسیاری از موارد در مقایسه با مدل ایشی و زوبر(1979) دارد و می تواند پیش بینی بهتری در سرعت گاز متوسط زمانی برای شرایط جریان عمده دارد.
5-5) نتیجه گیری
دو مکانیزم کشش ارائه شده توسط سیمونت و همکاران(2007) و ایشی و زوبر(1979) برای مدل دو سیالی اویلرین-اویلرین در ترکیب با مدل ABND برای مدیریت شرایط جریان حبابی همدمای گاز – مایع اجرا شده است. تحقیق ویژه روی بررسی انتقال رژیم جریانی حبابی به گلوله ای تاکید دارد. عملکرد این دو مدل با اندازه گیری های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) در سناریوهای مختلف جریانی تایید شده است. توزیع شعاعی متغیرهای اولیه : کسر خالی، قطر متوسط حباب و سرعت گاز، سه جنبه برای ارزیابی عملکرد دو مدل دراگ است. در کل، از هر دو رابطه ضریب دراگ ، پیش بینی می شود که سازگاری خوبی با داده های تجربی را داشته باشد . به دلیل وجود نیروی دراگ در مقایسه با سایرنیروها ،نیروی بین سطحی پارامتر پایه ای و اولیه است که روی سرعت مایع/گاز تاثیر دارد؛ مدل سیمونت و همکاران(2007) براساس کسرخالی محلی، پیش بینی نسبی بهتری برای سرعت گاز در مقایسه با روابط ایشی و زوبر(1979) دارد.
شکل 5-8) درصد خطای سرعت گاز متوسط زمانی در مقایسه با داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001).
فصل ششم
مدلسازی جریان حبابی گاز – مایع افقی با استفاده از روش موازنه جمعیتی
فصل 6 مدلسازی جریان حبابی گاز – مایع افقی با استفاده از روش موازنه جمعیتی
جریان حبابی گاز – مایع حبابی ، کاربردهای صنعتی متعددی دارد؛ با این حال، این جهت گیری جریان، نسبت به جریان حبابی عمودی، توجه کمتری جلب کرده است. مهاجرت حباب های پراکنده به سمت بالا به دلیل تاثیر شناوری سبب توزیع داخلی فاز غیرمتقارن می شود که درجه دشواری پیش بینی های عددی را افزایش می دهد. در این مطالعه، توزیع فاز داخلی جریان حبابی افقی با استفاده از BPM در چهار وضعیت جریانی با کسر حجم گاز متوسط تا 20 % شبیه سازی شده است. توزیع سه متغیر اولیه محلی با داده های تجربی کوکاموستاگولاری و هونگ(1994) تایید شده است.
6-1)مقدمه
جریان حبابی افقی چندفازی به صورت گسترده در صنایع مختلف به دلیل قابلیت آن در ارائه مساحت بین سطحی بزرگ برای انتقال جرم و حرارت در کل و برای اضافه کردن قیر در انتقال هیدروی قیر، استفاده می شود. همانطور که توسط مالیسا و همکاران(1999)، لوترا و همکاران(2003)، والورک(2003) و منکوسکی (1999) گزارش شده است، تزریق هوا نه تنها مصرف انرژی را با کمک به بازیابی قیر در دمای فرآیندی پایین (زیر 50 سلسیوس ) کاهش می دهد بلکه تمایل قطرات قیر را برای رسیدن به سطح حباب های هوا با همان اندازه افزایش می دهد. چون توزیع حباب های هوای تزریق شده یک پارامتر کلیدی در فرآیند قیر است، توسعه مدلسازی و قابلیت های شبیه سازی توزیع اندازه در جریان حبابی افقی برای طراحی، عملیات و ایمنی سیستم انتقال هیدروی قیر مهم است. برای کاهش درجه پیچیدگی مدل های عددی سه فازی گاز- آب- جامد، سیستم جریان حبابی دو فازی گاز – آب اول مورد تاکید قرار گرفته است.
در گذشته، بسیاری از مطالعات عملکرد جریان حبابی روی پیکربندی عمودی تاکید داشتند و جهت گیری افقی مورد توجه تحقیقات کمی بوده است. در جریان های عمودی، شناوری در جهت مخالف یا موازی با جهت گیری جریان اصلی عمل می کند که روی سرعت نسبی گاز-آب در جهت محوری به جای سرعت یا تقارن توزیع فازی در جهت شعاعی تاثیر می گذارد. با این حال، در جریان های افقی، نیروی شناوری در جهت جریان اصلی است. این امر نه تنها سبب تقارن جریان می شود بلکه روی نیروی شعاعی اضافی اعمال می شود. بنابراین، تحت تاثیر همزمان نیروهای شعاعی و محوری ، حباب ها نه افقی حرکت می کنند نه عمودی، همانطور که در شکل 6-1 آمده است(لی و همکاران 2010). علاوه بر این، همانطور که توسط تسالیشوا و همکاران(2010) گزارش شده است، نیروی شناوری نیروی جانبی غالب در مقایسه با نیروی برآ جانبی در مدل عددی است که پیش بینی سرعت افزایشی شعاعی نسبتا آرام را که در آزمایشات بدون مدلهای عددی جدید اضافی در این مرحله مشاهده شده است، دشوار می کند.
شکل 6-1. حرکت های حباب شماتیک ساده در جریان لوله افقی : ترکیب نیروهای محوری و شعاعی ، حباب ها نه عمودی حرکت می کنند و نه افقی
در تحقیقات، فناوری های اندازه گیری متعددی برای بررسی مشخصات جریان حبابی افقی استفاده شده است. با این حال، هیچ تحقیق عددی در این زمینه تا مرحله اخیر گزارش نشده است. هوس و همکاران(2009) و تالی و کیم(2010) مدل جریانی متراکم91 را برای پیش بینی مشخصات جریان انتگرال جریان های حبابی افقی توسعه داده اند در حالی که مدل جریانی متراکم نمی تواند برخوردهای کامل بین دو فاز را توصیف کند. تسلیشوا و همکاران(2010) مدل دو سیالی را در ترکیب با انتقال های نیروی بین سطحی برای شبیه سازی کسر خالی و پروفایل های سرعت در دو موقعیت جریانی توسعه داده اند: در لوله افقی مستقیم و لوله افقی با زانویی92 90 درجه، با این حال، تمام تحقیقات عددی با فرض قطر حباب ثابت بدون در نظر گرفتن مکانیزم های برخورد واقعی مطالعه شده اند. با در نظر گرفتن پیوستگی و شکستن حباب در برخورد بین حباب ها وهمچنین بین حباب ها و گردابه ها در جریان های آشفته ، اکامبارا و همکاران(2008) مدل موازنه جمعیتی محاسباتی-روش گروه اندازه چندگانه(MUSIG) را برای بررسی توزیع فاز داخلی جریان حبابی افقی اعمال کرده اند. با هدف کاهش هزینه محاسباتی، یک مدل موازنه جمعیتی ساده متوسط-روش عدد چگالی متوسط حباب(ABND) برای شبیه سازی توزیع فاز داخلی جریان حبابی هوا- آب در لوله افقی با قطر داخلی 50.3 میلی متر در این مطالعه اعمال شده است. با هدف ارزیابی عملکرد مدل در محدوده وسیع سناریوهای جریان، چهار وضعیت جریانی منفرد با کسر خالی گاز از 4.4% تا 20 % در نظر گرفته شده است. توزیع شعاعی پیش بینی شده کسر خالی، غلظت ناحیه بین سطحی(IAC) و سرعت گاز با داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) تایید شده است.
جدول 6-1. سناریوهای جریان و جزئیات شرایط مرزی ورودی در شبیه سازی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994)
Kocamustafogullari and Huang (1994)
Superficial
Liquid
Superficial gas Velocity 〈j_g 〉 (m/s)
Velocity 〈j_f 〉
(m/s)
4/67 m/s
0/213 m/s
0/419m/s
0/788 m/s
1/21 m/s
[α_g ├|z/D=0 (%)┤]
[4/4]
[8/5]
[14/6]
[20/46]
[D_s ├|z/D=0 (mm)┤]
[3]
[3]
[3]
[3]
6-2.جزئیات عددی
مدل عددی با داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محدوده وسیع سرعت های ظاهری مایع و سرعت ظاهری گاز در محل z/D=253(شکل 6-2.a را ببینید) تایید شده است. مش محاسباتی مساحت سطح مقطع در شکل 6-2(b) نشان داده شده است. در ورودی بخش تست، چون قطر حباب های تزریق شده نامعلوم است، سرعت های مایع و گاز ظاهری یکنواخت، کسر خالی و اندازه حباب، فرض شده و براساس شرایط جریانی توصیف شده مشخص می شود جزئیات شرایط مرزی در جدول 1-6آمده است.
شکل 6-2(a) جزئیات هندسی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ (1994) و (b) توزیع مش مدل محاسباتی سطح مقطع
شکل 6-3. توزیع کسرخالی گاز متوسط زمانی پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253
6-3)نتایج و بحث
6-3-1)کسر خالی متوسط زمانی گاز
توزیع کسر خالی شعاعی پیش بینی شده حریان حبابی افقی در مقایسه با داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در طول بی بعد Z/D=253 در شکل 6-3 رسم شده است. همانطور که در شکل ها نشان داده شده است، پیک پروفایل کسر خالی گاز در نزدیکی بالایی دیواره در هر وضعیت جریانی است که از مهاجرت حباب ها به سمت بالایی دیواره به دلیل تاثیر نیرو

دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید