:دانلود فایل متن کامل پایان نامه در سایت
sabzfile.com
دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
دانشکده مهندسی مکانیک
پایاننامه دوره کارشناسی ارشد
گرایش مهندسی تبدیل انرژی
بررسی عددی جریان دوفاز در سیکلون درام
استادان راهنما:
دکتر مهرزاد شمس
دکتر محمد مهدی هیهات
زمستان 1393
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده:
در بسیاری از فرایندها در صنعت، همراه شدن قطرات مایع با جریان گاز مشکلاتی چون خوردگی تجهیزات پاییندستی و از دست رفتن مایعات گرانقیمت را در پی خواهد داشت. برای حل این مشکلات، فازها به کمک جداکننده از یکدیگر جدا میشوند. جداکنندههای سیکلونی به عنوان نوعی از جداکنندههای با راندمان بالا و حجمکم، در جداسازی جریانهای گاز مایع بسیار استفاده میشوند. یکی از روشهای مناسب در بررسی عملکرد جداکنندهها از جمله جداکنندهی سیکلونی، شبیه‌سازی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) است. در مطالعات انجام‌شده تأثیر، بهترین نمونه‌های جریان آشفته برای سیکلون به دست آمده و تأثیر پارامترهای هندسی سیکلون بر راندمان جداسازی و کاهش پدیدههای ناخواستهی حمل گاز از پایین و حمل مایع از بالا مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای هندسی تأثیر به سزایی در بهبود عملکرد سیکلون دارند. به همین دلیل در این پایاننامه به بررسی عملکرد جداکنندهی سیکلونی و تأثیر تغییر پارامترهای هندسی بر آن، به کمک دینامیک سیالات محاسباتی پرداخته شده است. پس از انتخاب شبکهبندی مناسب برای هندسهی سیکلون، تأثیر تغییر پارامترهای هندسی بر مقدار حمل مایع از بالا و مقدار حمل گاز از پایین مطالعه گردید. در این طراحی، سطح مقطع ورودی، زاویهی ورودی، ارتفاع ورودی از کف سیکلون، قطر خروجی مایع و قطر اصلی سیکلون به طور همزمان بهینه شدند. مطابق این شبیه‌سازیها مقدار حمل گاز از زیر با کاهش قطر خروجی مایع یا افزایش قطر اصلی سیکلون یا افزایش سطح مقطع ورودی و یا کاهش زاویهی ورودی، کاهش مییابد و یک نقطهی بهینه برای تغییرات حمل گاز از زیر با تغییر ارتفاع ورودی سیکلون وجود دارد. همچنین یک نقطهی بهینه برای حمل مایع از بالا با تغییر پارامترهای هندسی نظیر سطح مقطع ورودی، ارتفاع ورودی از کف سیکلون، قطر خروجی مایع و قطر اصلی سیکلون به دست می‌آید. افزایش زاویهی ورودی باعث افزایش حمل مایع از بالا می‌گردد. در نهایت نیز تاثیر استفاده از سیکلون در درام بویلر که حاوی بخار و قطرات آب در دما و فشار بالا است، مورد بررسی قرار گرفت.
فهرست
1-3- اهمیت فرایندهای جداسازی در صنایع نفت و گاز 7
دستگاههای متعارف جداسازی گاز مایع
2‐1- آشنایی با جداکنندههای ثقلی گاز – مایع. 12
2-2-3- صفحه‌های نم‌زدای تیغه‌ای.. 22
2-2-5- قطره‌گیرهای بستر الیافی. 28
سیکلون‌های استوانهای جداسازی گاز مایع
جستجو در سایت :
3-1- مروری بر فناوری سیکلون استوانهای گاز- مایع. 33
3-2- روش طراحی برای جداکنندههای GLCC.. 38
3-3 هیدرودینامیک جریان دو فاز در GLCC.. 49
3-3-1 شبیه‌سازی جریانهای دو فازی.. 49
3-3-4- دیدگاه اولری – لاگرانژی.. 51
3-4- معادلات حاکم بر فاز گاز. 51
3-4-4- مدل تنشهای رینولدزی.. 53
3-5- معادلات حاکم بر فاز قطره 54
3-7- مدل تغییر فاز حرارتی.. 55
3-8- پدیده‌ی حمل مایع از بالا. 57
3-8-1 مروری بر مطالعات انجام‌گرفته. 57
4-2- بررسی استقلال از شبکه: 78
4-5- شبیه سازی عددی و نتایج: 81
4-6-3- مقایسه بین مدل اولیه و مدل بهینه شده: 95
4-7- بررسی عملکرد سیکلون در درام بویلر. 95
4-7-1- نتایج حاصل از شبیه سازی عددی سیکلون در درام بویلر. 96
فهرست شکلها
شکل 1-1- جداساز گاز- مایع قدیمی.. 2
شکل 1-2- سیکلون جداکننده کننده گاز مایع (GLCC) 4
شکل 2-2- انواع مختلف تجهیزات برای جمع‌آوری ذراتی در بازه‌های متفاوت اندازه 16
شکل 2-3- توزیع اندازه ذرات افشانه بسته به منبع و شیوه تولید آن دارد. 17
شکل 2-4- ذرات موجود در مههای تولیدی از سه منبع متفاوت در بازه یک میکرون هستند. 18
شکل 2-5- سه مکانیسم مختلف که توسط آن‌ها ذرات به وسیله الیاف به هم برخورد میکنند. 20
شکل 2-6- انواع تیغهها برای زدودن افشانه‌ها 22
شکل 2-7- در جریان افقی، پرههای چورن تیغهها را قلاب کرده تا به تخلیه مایع کمک کنند. 23
شکل 3-1- مدل شماتیک از جداکنندهGLCC در آرایش حلقه اندازه‌گیری.. 35
شکل 3-2- طرح شماتیک و فهرستی از اصطلاحات و علائم هندسهی کلی GLCC.. 39
شکل 3-3- نیروهای موثر در حجم کنترل در حال دوران.. 41
شکل 3-4- نمودار سرعت مماسی و سرعت محوری در( GLCC) 43
شکل 3-5- شماتیک خط سیر ذرات حباب و قطره 45
شکل 3-6- شماتیکی از قسمت تست یک GLCC.. 63
شکل3-7- شماتیک از تله‌ی مایع. 64
شکل 3-8- محدودهی عملیاتی حمل از بالای مایع. 66
شکل3-9- (LCO) تحت شرایط جریان هم زده و حلقهای.. 67
شکل 3-11- محدودهی عملیاتی با سطح مایع. 69
شکل3-12- ابعاد GLCC و بخش‌های مختلف حلقهی جریان.. 72
شکل 3-13- چند فازمتر با جداکنندهی گاز- مایع. 73
شکل3-14- کوریولیس متر با GLCC.. 74
شکل 4-1- نمایش شبکهبندی مثلثی در سیکلون.. 79
شکل 4-2- پیش‌بینی سرعت مماسی متوسط در 500mm زیر ورودی.. 80
شکل 4-3- پیش‌بینی سرعت مماسی متوسط در 600mm زیر ورودی.. 80
شکل 4-5- مسیر حرکت قطرات به سمت خروجی مایع و گاز 82
شکل 4-6- کانتور سرعت (الف) کانتور سرعت قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور سرعت در قسمت پایینی سیکلون.. 83
شکل 4-8- کانتور فشار (الف) کانتور فشار قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور فشار در قسمت پایینی سیکلون.. 86
شکل 4-9– تأثیر تغییر قطر خروجی مایع بر GCU و LCO… 89
شکل 4-10- تأثیر تغییر قطر اصلی بر GCU و LCO… 90
شکل 4-11- تأثیر تغییر پهنای ورودی بر GCU و LCO… 91
شکل 4-12- تأثیر تغییر زاویهی ورودی بر GCU و LCO… 92
شکل 4-13- تأثیر تغییر ارتفاع ورودی بر GCU و LCO… 93
جدول 4-4- مقایسهی GCU و LCO بین مدل اولیه و مدل بهینه. 95
شکل 4-14- کانتور سرعت (الف)کانتور سرعت قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور سرعت در قسمت پایینی سیکلون.. 97
شکل 4-15- کانتور دما (الف) کانتور دمای قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور دما در قسمت پایینی سیکلون.. 99
فهرست جداول
جدول 4-1- ویژگیهای جریان در سیکلون.. 77
جدول 4-2- بررسی استقلال از شبکه. 78
جدول 4-3- تأثیر تغییر تمام پارامترها بر GCU و LCO… 94
جدول 4-5- ویژگیهای جریان در سیکلون درام. 96
جدول 4-6- نتایج حاصل از استفادهی سیکلون در درام. 99
| تعریف | واحد | علامت اختصاری |
| سرعت فاز گاز | ||
| نوسانات سرعت در جهت x | ||
| نوسانات سرعت در جهت y | ||
| نوسانات سرعت در جهت z | ||
| نیروی وارد بر حجم کنترل | f | |
| ضریب انتقال حرارت جابجایی | ||
| عدد رینولدز | (بدون بعد) | |
| ضخامت لایه سیال کنار دیوار | ||
| دبی سیال | ||
| شتاب گرانش | ||
| قطر | ||
| جرم قطره | ||
| ضریب درگ | (بدون بعد) | |
| نیروی درگ | ||
| نیروی وزن | ||
| مؤلفه مماسی سرعت بعد از برخورد | ||
| مؤلفه نرمال سرعت بعد از برخورد | ||
| مؤلفه نرمال سرعت قبل از برخورد | ||
| قطر قطره بعد از برخورد | ||
| قطر قطره بعد از برخورد | ||
| عدد وبر قطره | (بدون بعد) | |
| عدد وبر فیلم مایع | (بدون بعد) | |
| عدد وبر برخورد قطره | (بدون بعد) | |
| انرژی جنبشی درهم | ||
| نرخ تلفات انرژی جنبشی در هم | ||
| حجم | ||
| طول کانال خروج مایع | ||
| ارتفاع کانال خروج مایع | ||
| چگالی | ||
| ویسکوزیته | ||
| نسبت جرمی فاز | (بدون بعد) | |
| کشش سطحی قطره | ||
| ضخامت فیلم مایع | ||
| ویسکوزیته سینماتیک |
| تعریف | اندیسها |
| گاز | |
| مایع | |
| ذره | |
| قطره | |
| فاز q | |
| بین دو فاز p و q | |
| کروی |
1مقدمه :
برای جدا کردن جریان دو فاز گاز- مایع، صنایع نفت و گاز در گذشته از جداکنندههای مخزنی استفاده میکردند که بزرگ، سنگین و گران بود. جداکنندههای قدیمی به این صورت کار میکردند که ابتدا سیال دو فاز گاز- مایع وارد مخزن میشد و از یک صفحهی ورودی عبور میکرد. در ورودی سرعت گاز کاهش مییافت و این کاهش سرعت باعث تغییر در مومنتوم سیال میشد و در نتیجه ذرات کوچک و ریز مایع به هم برخورد میکردند و ذرات سنگینتری را تشکیل میدادند که به صفحهی ورودی و دیوارهی داخل جداکننده میچسبیدند. سپس گاز در خروجی به یک صفحه که جداسازی نهایی در آن جا شکل میگرفت برخورد میکرد و از جداکننده خارج میشد و ذرات مایع به قسمت پایین جداکننده منتقل میشدند.
شکل 1-1- جداساز گاز- مایع قدیمی ]1 [
اما نیاز به جداکنندههایی که در نقاط دوردست در محلهای مختلف قابل استفاده بوده و قابل‌حمل نیز باشند و همچنین استفاده از آن‌ها در زیر دریا، نیاز به جداکننده با حجم کمتر، که البته به کاهش چشمگیر هزینه نیز منجر میشود را بیش از پیش عیان کرده است. در میان جایگزینهای مختلفی که میتواند برای رفع این مشکلات وجود داشتهباشد، جداکنندههای استوانهای گاز- مایع[1] که توسط دانشگاه تولسا و چورن[2] ارائه شده و از نیروی گریز از مرکز علاوه بر نیروی گرانش برای جداسازی دو فاز استفاده میکند، برای بررسی انتخاب شده است. جداساز استوانهای گاز- مایع یک جداکننده ساده، کم حجم و کم هزینه است که میتواند به خاطر هزینهی کم و قابلیت حمل، جایگزینی مناسب برای جداسازهای قدیمی در محدودهی گستردهای از کاربردها باشد. اگرچه سیکلونها مدتهای زیادی به عنوان جدا سازهای مایع- مایع، جامد- مایع و گاز- جامد استفاده‌شدهاند اما استفادهی محدودی از آن‌ها در جداسازی گاز- مایع انجام شده است، که البته مانع اصلی برای استفادهی گسترده از جداسازهای گاز- مایع، کمبود امکانات قابل اعتماد برای پیش‌بینی عملکرد آن‌ها برای دانستن کارایی مناسب این جداسازها است.
GLCC شامل یک لوله عمودی با یک ورودی مماسی شیب‌دار میباشد که در قسمت میانی ارتفاع لوله قرارگرفته است و دو خروجی یکی برای خروج گاز در بالا و دیگری برای خروج مایع در پایین آن تعبیه‌شده‌اند و به خاطر وجود گرانش قسمت پایین GLCC توسط مایع و قسمت بالایی آن توسط گاز اشغال میشود. نیروی مماسی باعث چرخش سیال شده که منجر به ایجاد نیروی گریز از مرکز و گردابهای در داخل بدنهی سیکلون میشود. بنابراین در قسمت پایین ورودی، حبابهای گاز به دام افتاده توسط مایع به صورت شعاعی به سمت محور سیلندر رانده میشوند و یک نوار گازی را تشکیل میدهند که دوباره به گردابه ملحق میشوند و در قسمت بالایی، ذرات مایع به سمت دیوار جداکننده پرتاب‌شده و تشکیل یک جرم فشرده را میدهند که توسط گاز قابل‌حمل نبوده و به سمت خروجی مایع حرکت میکند. شکل (1-2) نمونهای از یک سیکلون استوانهای جداکنندهی گاز مایع را نشان میدهد.
تعداد صفحه : 125
قیمت : 14700 تومان
