ارزيابي نحوه عملكرد و تعيين بهترين مدل اغتشاشي در مدل سازي جريان اسلاگ

Evaluation and selection of the most consistent turbulent model with the slug flow behavior

تا كنون مدل سازي هاي زيادي بر روي جريان اسلاگ انجام شده است، اما در اغلب آنها از مدل جريان آرام كه تقريبا فرض غير فيزيكي است، براي حل جريان اسلاگ استفاده شده است. در معدود بررسي هاي انجام شده با مدلهاي جريان مغشوش نيز، به ميزان نوع تناسب مدل اغتشاشي انتخابي و رژيم جريان اسلاگ اشاره اي نشده است. رژيم اسلاگ يك جريان برشي است، كه در قسمت هايي از آن، جريان دچار چرخش و كرنش زياد مي شود. در اين تحقيق ابتدا وجه تمايز مدل هاي اغتشاشي، فرضيات اوليه جهت استخراج مدل، مزايا، معايب و ساير مشخصات مهم مدل هاي اغتشاشي رايج بررسي شده و سپس ميزان تطابق آن ها با جريان اسلاگ تحليل شده است. در مرحله بعد پس از انجام شبيه سازي هاي گوناگون با استفاده از نرمافزار FLUENT و مقايسه نتايج مدلهاي مختلف با يكديگر و همچنين مقايسه آنها با نتايج آزمايشگاهي، بهترين و سازگارترين مدل اغتشاشي با رژيم جريان اسلاگ، معرفي شده است. در همين رابطه مدل اغتشاشي RNG k-ε به عنوان سازگارترين مدل اغتشاشي، كه ميتواند براي مدلسازي اغتشاشات در جريان اسلاگ در كنار همه مدل هاي جريان دوفازي به كار برده شود تعيين گرديد. در انتها مشخصات مختلف جريان اسلاگ مانند توزيع فشار در زمان وقوع اسلاگ، سرعت مخلوط اسلاگ، زمان و مكان وقوع اسلاگ با مدل اغتشاشي RNG محاسبه و ارائه گرديد.

Many models have been applied to slug flow using laminar flow condition. The results obtained from these models are not consistent with the physical behavior of slug flow. Furthermore, discussion on the turbulent models is very rare or not related to such flow regime. The slug regime is a complicated regime with shear flow and high strain in addition to some vorticity at some sections of the flow. In the present attempt, in the first stage, the turbulent models differences, the initial assumptions to drive, privilages and shortcomings have been considered with details. Then, its consistency with the physics of slug flow was analysed with high accuracy. In the second stage, simulations using different turbulent models were conducted. The obtained results were compared to each other and with the experimental results of other investigators. Finally, the most consistent model with the physics of the slug flow was selected. The turbulent model of RNG k-ε showed more reliabilitycompared to other turbulent models. Thus, it was selected and used to obtain slug flow behavior with higher accuracy. The parameters as pressure distribution during slugging, slug mixture velocity, slug initiation time and position from the duct inlet with RNG model were conducted and presented with detailed explanations.