شبيه سازي CFD جريان مغشوش داخل يك جداكننده سيكلون استوانه اي گاز- مايع (GLCC)

CFD Simulation of Turbulent Flow in a Gas-Liquid Cylindrical Cyclone Separator (GLCC)

در اين مقاله به شبيه سازي عددي جريان مغشوش داخل يك جداكننده سيكلون استوانه اي گاز- مايع (GLCC) به منظور دستيابي به رفتار هيدروديناميكي جريان و در نتيجه ارزيابي راندمان جداسازي آن پرداخته شده است. پيشينه استفاده از تكنولوژي سيكلون ها و طراحي و عمليات ساده جداكننده هاي سيكلوني GLCC استفاده وسيع آنها را در صنعت نفت به دنبال داشته است. براي شبيه سازي اغتشاش جريان، از مدل غير همگن تنش رينولدز (RSM) استفاده شده است. به علت ايجاد نيروهاي گريز از مركز، جريان داخل سيكلون از مسيري مارپيچي شكل با سرعت محوري رو به بالا برخوردار مي باشد. مقايسه سرعت مماسي و محوري حاصل از شبيه سازي با داده هاي آزمايشگاهي گزارش شده، انطباق خوبي را نشان مي دهد. شبيه سازي هيدروديناميك جريان پيچشي در سيكلون با استفاده از ساير مدلهاي اغتشاش نشان مي دهد كه مدل RNG k-? قادر به پيش بيني ناحيه جريان معكوس نبوده و مدل Realizable k-? ناحيه جريان معكوس محوري را بهتر پيش بيني مي كند ولي در صورت وجود شبكه محاسباتي مناسب، استفاده از مدل تنش رينولدز كمترين خطاي محاسباتي را حاصل خواهد كرد.

This paper presents numerical simulation of the turbulent flow in a Gas-Liquid Cylindrical Cyclone (GLCC) to understand the hydrodynamic flow behavior and so to assess the its separation efficiency. Despite the long history of cyclone technology and the seemingly simple design and operation of the GLCC, recently these cyclones have been widely used in petroleum industry. The turbulence flow through the cyclone has been simulated by Reynolds Stress Model (RSM) anisotropic turbulence model. The swirling flow creates helical path with upward axial velocity into cyclone due to the centrifugal forces. Comparison between obtained axial and tangential velocities from simulation with the reported experimental data shows good agreement. Simulation of swirling flow hydrodynamic in cyclone with utilizing of other turbulence models show the RNG k-? model cannot predict the reverse flow zone and the Realizable k-? model can calculate more accurately this back flow, but with appropriate computational grid, utilization of RSM model has minimum computational error.