مدل سازي عددي جريان اسلاگ به همراه حباب هاي نفوذ كرده به داخل بدنه اسلاگ در كانال افقي

Numerical modeling of air bubbles entrainment in liquid slug body at Horizaontal duct

يكي از پديده‌هاي مهم و پيچيده در تحليل رژيم جريان اسلاگ، مكش حباب‌هاي ريز به داخل بدنه اسلاگ در هنگام وقوع آن است. در اين مقاله روشي براي مدل‌سازي اسلاگ با در نظر گرفتن پديده مكش هوا به داخل بدنه مايع اسلاگ ارائه شد. در اين روش رفتار اسلاگ، به همراه كسر حجمي حباب‌هاي نفوذ كرده و تاثير آنها بر مشخصات اسلاگ بررسي شد تا روابط دقيق‌تري براي تخمين پارامترهاي اين رژيم جريان بدست آيد. اين روش از تركيب مدل جريان دو سيالي، روش حجم سيال و مدل بالانس جمعيتي دسته حباب‌هاي با قطر يكسان، به وجود آمده است. در اين راستا بر اساس شباهت جريان اسلاگ با پرش هيدروليكي، مدلي براي تخمين ترم نفوذ ذرات حباب، مكانيزم و مقدار آن در نظر گرفته شد و به كمك برنامهاي جداگانه وارد معادلات مورد نظر در نرم‌افزار فلوئنت گرديد. در انتها نتايج حاصل از حل عددي جريان اسلاگ به همراه مدل مربوطه با نتايج تجربي استخراجي از ساير مقالات مقايسه گرديد. اين نتايج شامل پروفيل جريان اسلاگ، حباب‌هاي نفوذ كرده، سرعت فاز مايع در هنگام وقوع اسلاگ، سرعت بدنه اسلاگ مايع، سرعت فيلم مايع، سرعت پيشاني و دم اسلاگ، موقعيت اسلاگ، طول اسلاگ، توزيع فشار در زمان وقوع جريان اسلاگ، تعداد حباب هاي نفوذ كرده با ابعاد مختلف، قطر متوسط حباب‌هاي نفوذ كرده و ... مي‌باشد.

Analysis of air bubbles entrainment in liquid slug body is one of the most important and complicated phenomena during slug flow regime. In the present attempt, a method is proposed for slug modeling to consider the air bubble entrainment into slug liquid body. The effect of consequences and their impact on slug behaviour to predict more accurate correlations for slug parameters is estimated and calculated. A two-fluid single pressure model is considered that is combined with population balance model for equal bubble diameter series and is solved using volume of fluid. In this regard, based on slug and hydraulic jump similarity, a correlation for air bubble entrainment rate and its mechanism is selected. This correlation is developed in the form of a user defined function code and is coupled with other models in FLUENT solver to calculate slug flow. Finally, the result of this numerical modeling is validated with the result of other numerical and experimental results in the related literature. The result is consist with the slug flow profile, entrained air bubble profile and their diameter distribution, slug mixture velocity, etc.