شبیه‌سازی جریان سیال اطراف پیگ متحرک در لوله با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

Abstract

از خطوط لوله برای انتقال انواع محصولات، خصوصاً در صنعت نفت و گاز استفاده می‌شود. برای داشتن عملکرد مؤثر، خطوط لوله باید در بازه‌های زمانی مشخص پیگ‌رانی شوند. پیگ‌ها باید در سرعت ثابتی حرکت کنند و سرعت کنترل‌نشده و فزاینده پیگ می‌تواند بسیار خطرناک باشد. برای کنترل سرعت پیگ و مطالعه رفتار دینامیکی آن و همچنین تخمین متغیرهای مرتبط با حرکت پیگ، مطالعه رفتار سیال در اطراف پیگ ضروری به نظر می‌رسد. در این تحقیق، جریان سیال اطراف پیگ متحرک در لوله به کمک نرم‌افزار تجاری قدرتمند ANSYS CFX شبیه‌سازی‌شده است. در ابتدا نیروی وارد بر پیگ ساکن برای بای‌پس‌های مختلف به ‌دست‌ آمده و با نتایج موجود مقایسه شده است که انطباق خوبی را نشان می‌دهد. در ادامه، برای حرکت شبکه اطراف پیگ متحرک در لوله، از روش شبکه‌بندی مجدد در تکنیک شبکه دینامیک استفاده ‌شده است. میدان جریان بالادست و پایین‌دست پیگ و همچنین سرعت، شتاب و موقعیت پیگ در زمان‌های مختلف به‌دست‌ آمده است. بدین منظور، معادلات ناویر-استوکس و بقای جرم برای جریان سیال لزج تراکم‌ناپذیر حل و از مدل تلاطم k-ε برای شبیه‌سازی توربولانس استفاده ‌شده است. در بررسی حرکت پیگ داخل لوله نتایج نشان داده‌اند که ابتدا، نیروی وارد بر پیگ از طرف سیال زیاد است و با گذشت زمان به دلیل کاهش نیروی وارد بر پیگ، شتاب پیگ به سمت صفر میل می‌کند و سرعت پیگ ثابت می‌گردد. همچنین، با گذشت زمان و با جلو رفتن پیگ، به علت کاهش شتاب پیگ، تغییرات سرعت و فشار در طول لوله کاهش می‌یابند به‌طوری‌که شرایط جریان به سمت حالت دائم پیش می‌رود. در بررسی تأثیر وجود پیگ بر سرعت جریان در طول لوله نیز مشخص می‌گردد که بیشترین تأثیر وجود پیگ بر روی سرعت جریان خروجی پیگ است و در فواصل دورتر از پیگ تغییرات سرعت کمتر هستند.