عنوان مقاله :
مطالعه‌تجربي و مدل‌سازي CFD جداساز دوفازي
عنوان به زبان ديگر :
Experimental Study and CFD Modeling of Two-phase Well-Head Separator
پديد آورندگان :
فدائي، مهدي دانشگاه صنعتي اميركبير - دانشكده مهندسي نفت، تهران، ايران , عامري، محمدجواد دانشگاه صنعتي اميركبير - دانشكده مهندسي نفت، تهران، ايران , سلماني، علي دانشگاه صنعتي اميركبير - دانشكده مهندسي نفت، تهران، ايران
كليدواژه :
مطالعه تجربي , شبيه‌سازي , CFD , جداساز , دوفازي
چكيده فارسي :
تمركز اصلي اين پژوهش برروي بررسي عملكرد جداسازدوفازي (مايع- گاز) آزمايشگاهي به‌صورت تجربي و همچنين، ارائه مدل شبيه‌سازي دقيق به منظور استفاده در طراحي جداسازهاي صنعتي بوده است. به همين منظور، جداسازصنعتي دوفازي در ابعاد آزمايشگاهي با استفاده از روابط تجربي موجود طراحي گرديد. در مدل‌هاي نيمه‌تجربي علاوه بر فرض‌هاي ساده شونده، تأثير منحرف‌كننده ورودي جداساز بر فرآيند جداسازي ناديده گرفته شده و قطر قطرات فاز ثانويه يك مقدار ثابت تعيين شده مي‌باشد كه تمامي قطرات مايع در بالاترين نقطه جداساز قرار دارند و از آن نقطه به طرف سطح مايع سقوط مي‌كنند. همچنين، مفاهيم مربوط به جريان آشفته در اين روش‌ها مد‌نظر گرفته نشده است. در اين پژوهش، چرخه جريانيدوفازي در ابعاد آزمايشگاهي طراحي و ساخته شد. در چرخه جرياني ساخته شده، آب به‌عنوان سيال مايع و هوا به‌عنوان سيال گاز مورد استفاده قرار گرفتند. سيال آب و هوا در نقطه اختلاط كه يك مخلوط كننده استاتيك مي‌باشد، تشكيل جريان دوفازي داده و پس از طي مسافتي معادل با 160 برابر قطر خط لوله، جريان توسعه‌يافته تشكيل شده و وارد جداساز مي‌شود. دبي آب در بازه m3/h 5/0-2 و دبي گاز در بازه m3/hا0-100 در نظر گرفته شد. به منظور بررسي عملكرد جداساز دوفازي، از فيلتر μ 20 در خروجي گازجداسازاستفاده شد وكسرحجمي قطرات آب باقي‌مانده در جريان گاز خروجي اندازه‌گيري شد. همچنين با استفاده از سيستم عكس‌برداري، قطر قطره‌هاي آب به دام افتاده در فيلتر اندازه‌گيري شد. نتايج شبيه‌سازي CFD جداساز دوفازي با نتايج تجربي به‌دست آمده اعتبارسنجي شدند و بهترين مدل شبيه‌سازي چندفازي، مدل اغتشاش و ضرايب تخفيف براي فرآيند شبيه‌سازي CFD جداساز دوفازي تعيين شدند.از مهم‌ترين دستاوردهاي اين پژوهش فراهم نمودن بستر لازم جهت طراحي جداساز دوفازي گاز- مايع در ابعادصنعتي با توجه به شرايط توليد و تأثير هريك از اجزاي داخلي جداساز مي‌باشد.
چكيده لاتين :
The performance of two-phase separator was investigated in this paper. Two-phase separator was designed and manufactured using empirical correlations. The simplifying assumptions were used in these empirical correlations which make the results of these empirical correlations less valuable. The effect of inlet diverter was neglected in designing methods and the diameter of the liquid droplets assumed to be constant and predetermined. In these designing methods, it was assumed that the liquid droplets were falling from the top of the two-phase separator vessel but in reality, the inlet diverter leads to separate the majority of liquid droplets because of momentum changing. Also, the fundamentals of the turbulent multi-phase flow were not considered in these designing methods. The two-phase flow loop was designed and manufactured. Air and water flows were mixed together at mixing section that was a 45° Tee and two-phase flow was formed. The two-phase flow had been considered as developed two-phase flow after passing 160*D distance along the pipe length which D is the pipe diameter. Water and air flow rates were in ranges of 0-2.5m3/h and 0-100m3/h, respectively. The liquid droplets trapper with 20-micron filter was mounted at gas outlet section of the separator to measure the volume fraction of the liquid phase in outlet gas flow and photography of liquid droplets in order to determine the diameter of the liquid droplets in outlet gas flow. The CFD results were validated using experimental results and compared together in order to obtain the best multiphase flow model, turbulent flow model and under relaxation factors. Finally, the dimensionless groups were developed in order to model and investigate the separator performance. One of the most important achievements of this paper was providing the suitable platform to design well head two-phase separators based on the production conditions.
