مقایسه روابط ضرایب اصطکاک و اصلاح آنها در جهت پیش بینی افت فشار و ماندگی مایع در خطوط لوله گاز-میعانات

یکی از مهمترین چالش ها در زمینه مطالعات جریان های دوفازی گاز-مایع پیش بینی صحیح افت فشار و مقدار ماندگی مایع در خطوط لوله می باشد. پیش بینی صحیح افت فشار و ماندگی مایع بویژه در گستره وسیعی از سرعت های گاز و مایع و در نتیجه گستره وسیعی از ماندگی مایع از اهمیت بسیاری در فرآیند طراحی خطوط لوله انتقال گاز برخوردار است. مهم ترین هدف در این تحقیق توسعه مدل جدیدی براساس قوانین فیزیکی حاکم بر مسئله جریان دوفازی و اصلاح روابط ضرایب اصطکاک و سطح تماس گاز-مایع می باشد. در جهت کمک به توسعه مدل یک سامانه آزمایشگاهی برای جمع آوری برخی داده های افت فشار طراحی و مورد استفاده قرار گرفته است. چگونگی قرار گرفتن گاز و مایع در خط لوله و در نتیجه سطح تماس دو فاز بحث بسیار مهمی است که اگر به شیوه مناسب و براساس مفاهیم فیزیکی در نظر گرفته نشود موجب ناکارآمدی مدل می شود. در این مدل جریان گاز عامل اصلی جهت ایجاد انحنا در سطح تماس گاز-مایع در نظر گرفته شده است. هنگامی که سرعت گاز بسیار ناچیز باشد سطح تماس دو فاز به صورت صاف خواهد بود. افزایش سرعت گاز درون خط لوله موجب می شود که سرعت لایه های مایع در تماس با گاز به سرعت گاز نزدیک شود. ولی لایه های مایع نزدیک به دیواره به دلیل اصطکاکی که با دیواره دارند نمی توانند افزایش سرعت داشته باشند، بنابراین در این لایه ها هد سرعت به فشار استاتیک تبدیل می شود و این لایه ها در کناره دیواره ارتفاع می گیرند. بنابراین سطح تماس حالت صافی خود را از دست می دهد و انحنادار می شود. سطح تماس درنظر گرفته شده در این مدل علاوه بر داشتن مبنای فیزیکی، توسط مشاهدات آزمایشگاهی و تجربی نیز مورد تأیید قرار گرفته شده است. علاوه بر پیش بینی صحیح سطح تماس دو فاز، پیش بینی صحیح ضرایب اصطکاک از عوامل بسیار مهم در ارائه نتایج موفق توسط یک مدل است. در این تحقیق مقایسه بسیار کاملی بین روابط ضرایب اصطکاک انجام و برخی اصلاحات جهت ارائه نتایج بهتر بر روی این روابط انجام شده است. مقایسه نتایج مدل جدید با برخی مدل های مشهور ارائه شده در پیش بینی داده های تجربی موجود در منابع نشان می دهد که مدل جدید در مجموع قادر به ارائه نتایج بهتری نسبت به سایر مدل ها می باشد. داده های تجربی جمع آوری شده در منابع داده-های افت فشار و ماندگی مایع در شرایط مختلف شامل قطرهای متفاوت لوله و سیال های مختلف مورد استفاده برای فازهای گاز و مایع را در بر می گیرد. با وجود اینکه در توسعه مدل ارائه شده فقط از داده های افت فشار برای سیستم آب-هوا در لوله ای به قطر 1 اینچ استفاده شده است، ولی این مدل برای اکثر شرایط مورد بررسی نسبت به سایر مدل ها پیش بینی های قابل قبول-تری دارد. از دیگر ویژگی های مدل ارائه نتایج بهتر برای شرایط ماندگی مایع بالا در خط لوله است. این امر در پیش بینی داده-های ماندگی مایع سلیمانی و طلایی (سلیمانی & طلایی, 1389) مشهود است. مدل جدید همچنین قادر به پیش بینی مرز تغییر رژیم از جریان لایه ای به حلقوی با دقت بسیار بهتری نسبت به سایر مدل هایی که توانایی پیش بینی این مرز را دارند می باشد.