بررسي مشخصات جريان دو فازي اسلاگ در يك كانال افقي به صورت دوبعدي

Evaluation of the slug flow parameters in a horizontal two-dimensional duct

رژيم جريان اسلاگ يكي از پيچيده ترين رژيمهاي دو فازي است كه در فرآيندهاي صنعتي و به ازاي محدوده وسيعي از جريان‌ها ديده ميشود. البته همواره بين نتايج حاصل از آزمايشات و حل عددي بر روي اين رژيم جريان، اختلافات زيادي ديده ميشود. پيرو بررسي پيشين در رابطه با تعيين بهترين مدل اغتشاشي براي مدلسازي عددي دقيقتر جريان اسلاگ، در اين تحقيق سعي شده است تا با انجام يك حل عددي دو ‌بعدي دقيق با استفاده از نرمافزار فلوئنت، مشخصات مختلف جريان اسلاگ استخراج گردد. در اين مدل‌سازي از مدل جريان دو فازي حجم سيال و مدل اغتشاشي RNG استفاده شده است. در اين رابطه يك كد كامپيوتري جديد نوشته شده است تا بتواند بدون افزايش زمان حل، پارامترهاي مهم جريان اسلاگ را به صورت كاملا دقيق از نتايج حل نرمافزار فلوئنت استخراج كند و ترسيم نمايد. از جمله مهم‌ترين پارامترهاي اسلاگ ميتوان به سرعت بدنه‌ي اسلاگ مايع، سرعت فيلم جريان پيشروي اسلاگ، سرعت پيشاني و دم اسلاگ، موقعيت مكاني پيشاني، دم و مركز اسلاگ، طول اسلاگ، افت فشار دو سر اسلاگ، تنش برشي ديواره كانال در زمان اسلاگ و سرعت مخلوط دو فاز اشاره نمود. بعلاوه، تفاوت حل عددي جريان اسلاگ با و بدون استفاده از مدل اغتشاشي مشخص شد. در ادامه ارائه نتايج حل هر كميت سعي شد تا پس از احراز صحت نتايج استخراجي، نتايج بدست آمده مورد تحليل و بررسي قرار گيرد.

Slug flow is one the most complicated flow regimes in industrial processes that is seen for a wide range of fluid flow. However, there are always a lot of differences between experimental and numerical studies on slug flow. Followingthe previousattempt on the selection of the best turbulent model for numerical simulation, the slug flow is solved two-dimensionaly with implicit VOF method and k-ε RNG turbulent model using FLUENT solver to extract the slug flow parameters behavior accurately. The differences of numerical simulation of slug flow with and without turbulent model are also presented. To overcome this procedure, a new user defined function code is developed. This UDF computes and predicts slug parameters from FLUENT solver result without increasing the computational cost. The important slug parametrs are presented which are: liquid slug body velocity, liquid film velocity, slug front and tail velocity, slug center position and length, slug front and tail positions, pressure difference across slug, wall shear stress, slug mixture velocity, slug initiation time and position from the duct inlet. These parameters are discussed in detail, then validated.