مدل‌سازي جريان گذراي تراكم‌پذير گاز ايده‌آل در يك خط لوله انشعاب‌دار فشاربالا

Simulation of Transient Compressible Ideal Gas Flow in a High Pressure Branched Pipeline

امروزه در اكثر فرآيندهاي صنعتي از لوله هاي انتقال سيال استفاده مي شود. در اين ميان، جريان تراكم پذير گازي كاربرد بسيار گسترده-اي در اين زمينه دارد. فرآيندهاي شيميايي، نيروگاهي، لوله هاي انتقال گاز طبيعي و لوله هاي انتقال بخار فشاربالا، از اين جمله هستند. در اكثر اين موارد، فرآيندهاي كنترلي روي سيستم انتقال سيال به همراه انشعابات و شيرهاي كنترلي اعمال مي شود. بنابراين، در فرآيندهاي گذرا، آگاهي از نحوه رفتار سيال تراكم پذير در عبور از لوله ها براي تعيين توابع كنترلي اهميت زيادي دارد. در اين تحقيق، سعي بر آن است تا با استخراج معادلات حاكم بر جريان سيال تراكم پذير، روشي براي مدل‌سازي فرآيندهاي گذرا ارايه شود. براي مدل‌سازي جريان تراكم‌پذير گاز ايده‌آل درون لوله‌هاي با مقطع ثابت به همراه اصطكاك، از روش اختلاف محدود مك كورمك استفاده شده است. همچنين، با تركيب روش هاي موجود، مانند روش هاي مك كورمك و مشخصه ها، روشي براي مدل سازي جريان گذراي سيال تراكم پذير گاز ايده آل در عبور از انشعاب ها ارايه شده است. در پايان، يك نمونه تيوري و يك نمونه صنعتي از مدار انتقال گاز طبيعي به همراه انشعاب و شيرهاي كنترلي در شرايط مختلف و در فرآيندهاي متفاوت بررسي شده و نتايج حل ارايه شده است. همچنين، نحوه تاثير پارامترهاي شرايط مرزي بر مشخصات جريان، مانند دبي و فشار، بررسي و تحليل نهايي ارايه شده است.

Nowadays, compressible flow transmission pipelines are used in many industrial processes. Pipelines in chemical processes, gas turbine power plants, natural gas transmission lines, and high pressure steam transmission pipelines are some industrial examples. Therefore, learning the manner of treatment of a transient compressible fluid flow in pipelines with junctions and branches is important. In this paper, the attempt is to derive the governing equations in compressible fluid flow in a fixed area pipeline in the presence of friction. To achieve this, a numerical method of analysis (McCormack) is used. Also the method of characteristics is added to solve the problem in the junctions. Finally, a theoretical case and an industrial one are investigated and some common transient processes are simulated. In addition, the effects of boundary conditions on the flow characteristics, such as pressure and flow rates, are presented.