مطالعه و شبیه سازی دستگاه جداکننده مافوق صوتی گاز-مایع با استفاده از تکنیک های cfd

وجود آب در گاز طبیعی باعث کاهش ارزش حرارتی گاز می‎گردد و اگر میعان یابد ممکن است باعث ایجاد مشکلات اساسی عملیاتی مثل خوردگی، افت فشار زیاد، تشکیل هیدرات و سپس ایجاد جریان لخته‎ای و کاهش راندمان ارسال گاز گردد. به همین منظور رطوبت زدایی گاز طبیعی در دهانه خروجی چاههای گازی صورت می گیرد. هدف این پایان نامه شبیه سازی cfd، دستگاه مافوق صوت جداکننده گاز- مایع به منظور خشک کردن گاز طبیعی می باشد. در این پایان نامه سه کار متفاوت صورت گرفته است، در دو مرحله اول به منظور معتبر سازی و حصول اطمینان از میزان دقت تئوری بخار مرطوب، شبیه سازی cfd دو نازل مافوق صوت همگرا- واگرایی به منظور رطوبت زدایی از گاز طبیعی صورت گرفته که به ترتیب داده های حاصل از عملکرد واقعی و نتایج حاصل از شبیه سازی با بسته نرم افزاری مرکب از دو نرم افزار مطلب و هایسیس موجود بود. نتایج حاصل از شبیه سازی های cfd انجام شده با نتایج تجربی و نتایج سایر شبیه سازی ها تطابق و سازگاری قابل قبولی را نشان داد. در مرحله سوم این پایان نامه، پس از حصول اطمینان از عملکرد مناسب تئوری بخار مرطوب، به شبیه سازی cfd دستگاه جداکننده مافوق صوت گاز – مایع در یک دما و فشار مشخص، پرداخته شد و بعد با تغییر پارامترهای کنترلی و آنالیز حساسیت به بررسی عملکرد سیال در دماها و فشارهای مختلف در حین عبور از دستگاه پرداخته شد. دستگاه جداکننده مافوق صوت گاز/ مایع که در این پایان نامه شبیه سازی شده است ساختاری مانند نازل همگرا- واگرا دارد که گاز طبیعی به صورت چرخشی حول محور مرکزی آن وارد می شود و در یک فضای حلقوی به چرخش در آمده و در این فضا پخش می شود. در ابتدا گاز در فضای حلقوی با بیشترین عرض می شود و سپس بدنه داخلی تنگ می شود و به سبب حفظ ممنتوم زاویه ای شدت جریان مماسی به طور چشمگیری افزایش می یابد. جزء محوری سرعت نیز به واسطه شکل محیط عبور گاز که همانا محیط یک نازل مافوق صوت است، افزایش می یابد. گاز در نازل در نتیجه کاهش دما و فشار به سبب سرعت بالا(مافوق صوت) به طور آدیاباتیک منبسط می شود. یک شرایط فوق اشباع حاصل می شود. از نظر ترمودینامیکی این شرایط شبه پایدار است و منجر به هسته زایی خود به خودی(به دلیل نوسانات دمایی) فاز مایع به شکل بسته های مه رقیق با اندازه های زیر میکرونی می شود که بعد از آن به وسیله نفوذ و انعقاد و یا در اثر پیوستن به یکدیگر این بسته ها به قطرات ماکروسکوپیک تبدیل می شوند. این قطرات به سبب نیروهای زیاد چرخشی و اختلاف دانسیته فاز مایع با فاز گاز ، به سمت دیواره دستگاه پرتاب می شوند، و سرانجام از محل دریچه جانبی دستگاه خارج می گردد. گاز خشک بعد از عبور از قسمت پخش کننده، مسیر مستقیم خود را تا انتهای دستگاه ادامه می دهد. با توجه به اینکه هدف این شبیه سازی بررسی راندمان جداسازی دو فاز گاز و مایع بوده است، نتیجه اصلی حاصل از آنالیز حساسیت انجام شده این است که در صورتی که 70 درصد فشار جریان ورودی در خروجی دستگاه بازیابی گردد و دمای گاز ورودی نیز 20 درجه سانتی گراد باشد، فرایند با بیشترین راندمان رطوبت زدایی گاز طبیعی که حدود 68 است، همراه خواهد بود. در این حالت شدت چرخش جریان 77499.69 برابر شتاب جاذبه زمین است. همچنین محل ایجاد موج ضربه ای مکانیکی ناشی از جبهه مافوق صوت، تابعی از دمای جریان، فشار کل سیستم، میزان بازیافت فشار در خروجی و غیره می باشد، در این کار انتخاب طراحی دستگاه به قدری دقیق و مناسب صورت گرفته که تغییر مناسب سطح مقطع مانع افت شدید فشار در محل ایجاد پدیده موج ضربه ای گردیده و قسمت عمده فشار ورودی در بخش پخش کننده دستگاه بازیافت شود. کلمات کلیدی: جریان مافوق صوت، رطوبت زدایی، جداسازی، نازل، همگرا- واگرا، موج ضربه ای،شبیه سازیcfd