مطالعه تجربی و شبیه‌سازی CFD اندازه‌گیری جریان دوفازی با استفاده از دبی‌سنج روزنه‌ای

Abstract

با توجه به اهمیت اندازه‌گیری جریان‌های چند‌فازی در صنایع نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی، در این مطالعه به امکان‌سنجی روش‌های مختلف اندازه‌گیری جریان دوفازی آب و هوا پرداخته شده است. مدار جریان دو‌فازی مورد استفاده و تجهیزات آن شامل دبی‌سنج روزنه‌ای و مانومتر جیوه‌ای، با توجه به استانداردهای مربوطه طراحی و ساخته شد. در مدار دوفازی طراحی شده، دبی هر یک از فازهای آب و هوا قبل از ورود به ناحیه اختلاط و تشکیل جریان دوفازی با استفاده از دبی‌سنج‌های الکترومغناطیسی و توربینی اندازه‌گیری شدند. دبی جرمی کل عبوری از دبی‌سنج روزنه‌ای برابر با مجموع دبی‌های جرمی اندازه‌گیری شده توسط دبی‌سنج‌های الکترومغناطیسی و توربینی است. با استفاده از دبی‌سنج روزنه‌ای موجود در مدار دوفازی و مشخص بودن دبی جرمی کل جریان دوفازی عبوری از آن، افت‌فشار دبی‌سنج روزنه‌ای به‌ازای مقادیر مختلف دبی و کسر حجمی فازهای آب و هوا در جریان دوفازی تعیین شد. محدوده تغییرات عدد رینولدز جریان دوفازی 10000-744 و محدوده تغییرات کسر حجمی هوا 40%-15% در نظر گرفته شد. در این مطالعه، تأثیر عدد رینولدز و کسر حجمی هوا در جریان دوفازی بر عملکرد دبی‌سنج روزنه‌ای بررسی شد. در جریان‌سنج روزنه‌ای، در اعداد رینولدز پایین که الگوی جریان پیستونی برقرار است، شیب تغییرات ضریب تخلیه برحسب عدد رینولدز جریان دوفازی، بیشتر است و با افزایش عدد رینولدز جریان دوفازی و تغییر الگوی جریان از پیستونی به لایه‌ای، این شیب کاهش می‌یابد. جریان‌سنج روزنه‌ای تحت جریان عبوری دوفازی با استفاده از مدل‌های مختلف آشفتگی مورد شبیه‌سازی CFD قرار گرفت. طبق نتایج حاصل، مدل آشفتگی کا-اپسیلون استاندارد نتایج دقیق‌تری نسبت به سایر مدل‌های آشفتگی حاصل نمود. پژوهش حاضر زمینه اندازه‌گیری جریان‌های دوفازی در صنایع نفت و گاز را فراهم می‌آورد.