بررسي عملكرد پروور لوله اي دو جهته براي كاليبراسيون جريان سنج هاي مورد استفاده در صنعت نفت با استفاده از شبيه سازي CFD

Analysis of Bidirectional Prover Performance for Calibration of Oil Industry Flow Meters using CFD Simulation

در اين مقاله شبيه‌ سازي عملكرد پروور لولهاي، در سرعت هاي m/s 3 و2 براي نفت سفيد و دو نوع نفت خام به منظور پيش‌بيني ميتر فاكتور (ضريب تصحيح جريانسنج)، با استفاده از روش هاي مبتني بر ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) مورد بررسي قرار گرفته است. بدليل شرط مرزي متحرك، از مش هاي متحرك در ميدان جريان استفاده شده است. در مرحله اول شبيه سازي، از لولهي پروور بدون توپك براي داشتن جريان كاملا" توسعه يافته در بخش كاليبراسيون استفاده شده است، سپس شبيه سازي به همراه توپك با حفظ شرايط مرحله اول صورت گرفته است. براي دستيابي به كمترين خطاي ممكن، از مدلهاي آشفتگي k- و k- براي شبيه‌سازي اغتشاش در جريان استفاده شدهاست. جهت اعتبار سنجي نتايج شبيه‌سازي، ضريب اصطكاك بدست آمده براي جريان، با روابط تجربي مقايسه شده است. پروفايلهاي سرعت براي مقطع خروجي لوله و اطراف توپك رسم و مورد بحث قرار گرفتهاند. نتايج نشان ميدهد در مدل ايجاد شده تغييرات عدد رينولدز تاثيري روي ميتر‌فاكتور بدست آمده ندارد. در اين مطالعه توانمندي شبيه سازي‌هاي CFD در تحليل فرآيندهايي كه نياز به استفاده از مش ديناميك دارند به خوبي نشان داده شده است. همچنين نتايج نشان ميدهد كه ميتوان با هزينه كمي عملكرد پروورها كه از اهميت ويژه‌اي در صنعت برخوردارند و همينطور طراحي آنها، تعيين مكان مناسب آشكارسازها و ساير موارد، از شبيه سازي CFD استفاده كرد.

In this study for meter factor prediction, the bidirectional pipe prover performance has been simulated by CFD techniques in two velocities as 2 and 3 m/s for kerosene and two types of crude oil. Because of moving boundary condition, the simulations have been carried out with dynamic mesh. In the first stage of the simulation to have fully developed flow in the calibration section the prover pipe has been investigated without the sphere, next simulations has been repeated with ball in flow through the prover but with same conditions at the first stage. To achieve the lowest possible error, several simulations were conducted with two turbulence models: standard k-? and k-?. For validation, the CFD calculated pipe friction coefficient has been compared to empirical relations. The velocity distribution has been discussed for output cross-section and around the ball in prover. The results show that the effects of Reynolds number variation on meter factor are ignorable. Moreover, this work illustrates that CFD simulations is an inexpensive powerful tool for evaluation of prover performance. Also these simulations can be used for design of provers and detectors positions determination, etc.