شبيه‌سازي CFD جريان چندفازي در دبي‌سنج توربيني

كارشناسي ارشد

چكيده در اين تحقيق، جريان‌سنج توربيني 15 پره‌اي موجود در پايانه نفتي خارگ، با استفاده از ديدگاه قاب چرخان چندتايي (MRF) و مدل اغتشاشي Realizable k-ε شبيه‌سازي شد. پارامتر مهم در جريان‌سنج توربيني، ضريب k مي‌باشد كه بيانگر حجم اندازه‌گيري شده توسط دستگاه است. شبيه‌سازي‌ها براي جريان‌هاي تك‌فازي، حبابي و كاويتاسيوني انجام گرديد. در شبيه‌سازي جريان تك‌فازي، ابتدا در دبي‌هاي مختلف ضريب k به دست آمد كه بيانگر خطاي 7/2% (در دبي‌هاي محدوده عملياتي) نسبت به مقادير واقعي بود. سپس اثر دانسيته و ويسكوزيته سيال بر عملكرد جريان‌سنج مورد مطالعه قرار گرفت كه حاكي از استقلال نسبتا خوب جريان‌سنج توربيني از نوع سيال بود. بر اساس نتايج حاصل شده از شبيه‌سازي اثر آسيب‌ديدگي دستگاه، كاهش 4% مقدار ضريب k در حالت شكستگي يكي از پره‌هاي توربين گزارش شد. در بررسي اثر شرايط بالادست جريان‌سنج معلوم شد كه ضريب k بسته به نوع توزيع سرعت ورودي به دستگاه مي‌تواند در حدود 5% زياد يا كم شود. در شبيه‌سازي جريان حبابي نفت- هوا مشخص شد كه با افزايش كسر حجمي هواي ورودي به دستگاه از 0% تا 8/9%، مقدار ضريب k كاهش يافته و دقت جريان‌سنجي كاهش مي‌يابد؛ از طرفي بزرگ‌ترشدن حباب‌هاي هوا نيز، سبب كاهش مضاعف ضريب k مي‌شود. در شبيه‌سازي جريان كاويتاسيوني مشاهده گرديد كه جريان‌سنج توربيني در دبي‌هاي بالا در معرض كاويتاسيون قرار گرفته و دقت اندازه‌گيري آن كاهش مي‌يابد. با رسم منحني ضريب k بر حسب عدد كاويتاسيون چنين استنباط شد كه با كاهش عدد كاويتاسيون، ضريب k افزايش مي‌يابد؛ به طوري كه در عدد كاويتاسيون 18/1 مقدار ضريب k نسبت به حالت تك‌فازي، جهشي به اندازه 16% دارد. نتايج نشان داد كه به منظور جلوگيري از رخ‌دادن پديده كاويتاسيون در جريان‌سنج توربيني مذكور، بايد عدد كاويتاسيون بيش‌تر از 5/3 باشد. نتايج شبيه‌سازي، محدوده عملياتي جريان‌سنج توربيني واحد صنعتي را بين 9000 تا 18000 بشكه بر ساعت پيش‌بيني مي‌كند. واژه‌هاي كليدي: شبيه‌سازي CFD، جريان‌سنج توربيني، ضريب k، جريان چند‌فازي، ديدگاه قاب چرخان چندتايي (MRF)

183702

دانشگاه علم و صنعت ايران

شيمي - طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيند

دكتر سيد حسن هاشم آبادي