دانلود پایان نامه ارشد : بررسی عددی جریان دوفاز در سیکلون درام

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی  مکانیک

گرایش : تبدیل انرژی

عنوان : بررسی عددی جریان دوفاز در سیکلون درام

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشکده مهندسی  مکانیک

پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد

گرایش مهندسی تبدیل انرژی

بررسی عددی جریان دوفاز در سیکلون درام

استادان راهنما:

دکتر مهرزاد شمس

دکتر محمد مهدی هیهات

زمستان 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)چکیده:                                            در بسیاری از فرایند­ها در صنعت، همراه شدن قطرات مایع با جریان گاز مشکلاتی چون خوردگی تجهیزات پایین­دستی و از دست رفتن مایعات گران­قیمت را در پی خواهد داشت. برای حل این مشکلات، فازها به کمک جداکننده از یکدیگر جدا می­شوند. جداکننده­های سیکلونی به عنوان نوعی از جداکننده­های با راندمان بالا و حجم­کم، در جداسازی جریان­های گاز مایع بسیار استفاده می­شوند. یکی از روش­های مناسب در بررسی عملکرد جداکننده­ها از جمله جداکننده­ی سیکلونی، شبیه‌سازی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) است. در مطالعات انجام‌شده تأثیر، بهترین نمونه‌های جریان آشفته برای سیکلون به دست آمده و تأثیر پارامترهای هندسی سیکلون بر راندمان جداسازی و کاهش پدیده­های ناخواسته­ی حمل گاز از پایین و حمل مایع از بالا مورد بررسی قرار گرفت. پارامتر‌های هندسی تأثیر به سزایی در بهبود عملکرد سیکلون دارند. به همین دلیل در این پایان نامه به بررسی عملکرد جداکننده­ی سیکلونی و تأثیر تغییر پارامترهای هندسی بر آن، به کمک دینامیک سیالات محاسباتی پرداخته شده است. پس از انتخاب شبکه‌بندی مناسب برای هندسه­ی سیکلون، تأثیر تغییر پارامترهای هندسی بر مقدار حمل مایع  از بالا و مقدار حمل گاز از پایین مطالعه گردید. در این طراحی، سطح مقطع ورودی، زاویه­ی ورودی، ارتفاع ورودی از کف سیکلون، قطر خروجی مایع و قطر اصلی سیکلون به طور همزمان بهینه شدند. مطابق این شبیه‌سازی­ها مقدار حمل گاز از زیر با کاهش قطر خروجی مایع یا افزایش قطر اصلی سیکلون یا افزایش سطح مقطع ورودی و یا کاهش زاویه‌ی ورودی، کاهش می­یابد و یک نقطه­ی بهینه برای تغییرات حمل گاز از زیر با تغییر ارتفاع ورودی سیکلون وجود دارد. همچنین یک نقطه­ی بهینه برای حمل مایع از بالا با تغییر پارامترهای هندسی نظیر سطح مقطع ورودی، ارتفاع ورودی از کف سیکلون، قطر خروجی مایع و قطر اصلی سیکلون به دست می‌آید. افزایش زاویه­ی ورودی باعث افزایش حمل مایع از بالا می‌گردد. در نهایت نیز تاثیر استفاده از سیکلون در درام بویلر که حاوی بخار و قطرات آب در دما و فشار بالا است، مورد بررسی قرار گرفت.فهرست مقدمه1-1مقدمه. 21-2- ضرورت تحقیق.. 41-3- اهمیت فرایندهای جداسازی در صنایع نفت و گاز 71-4- مراحل انجام تحقیق.. 81-5- ساختار تحقیق.. 10 دستگاه­های متعارف جداسازی گاز مایع2‐1- آشنایی با جداکننده‌های ثقلی گاز – مایع. 122-2- انواع صفحات نم گیر. 152-2-1 افشانه‌ها و مه‌ها 162-2-2 بازده جمع‌آوری.. 192-2-3-  صفحه‌های نم‌زدای تیغه‌ای.. 222-2-4- نم‌زدای توری سیمی. 252-2-5- قطره‌گیرهای بستر الیافی. 28 سیکلون‌های استوانه‌ای جداسازی گاز مایع3-1- مروری بر فناوری سیکلون استوانه‌ای گاز- مایع. 333-2- روش طراحی‌ برای جداکننده‌های GLCC.. 383-2-1  توسعه مدل طراحی‌. 383-2-2- راهنمایی‌های طراحی. 473-3 هیدرودینامیک جریان دو فاز در GLCC.. 493-3-1 شبیه‌سازی جریان‌های دو فازی.. 493-3-2 روش حجم سیال. 503-3-3- دیدگاه اولر- اولر. 503-3-4- دیدگاه اولری – لاگرانژی.. 513-4- معادلات حاکم بر فاز گاز. 513-4-1- بقای جرم 523-4-2- بقای ممنتوم 523-4-3- معادله انرژی.. 523-4-4- مدل تنش­های رینولدزی.. 533-5- معادلات حاکم بر فاز قطره 543-6- نیروهای موثر. 543-6-1- نیروی درگ پایدار. 543-6-2- نیروهای جاذبه. 553-7- مدل تغییر فاز حرارتی.. 553-8- پدیده‌ی حمل مایع از بالا. 573-8-1 مروری بر مطالعات انجام‌گرفته. 573-8-2 برنامه‌ی آزمایشگاهی. 613-8-3-پدیده‌های فیزیکی. 653-8-4-نتایج تجربی. 683-9- تحلیل عبور از زیر گاز 693-9-1 مدلسازی مکانیسمی. 713-10- کاربردهای میدانی: 72 نتایج4-1-مقدمه: 774-2- بررسی استقلال از شبکه: 784-3- شرایط مرزی: 794-4- اعتبارسنجی مدل عددی: 794-5- شبیه‌ سازی عددی و نتایج: 814-6- بهینه ‌سازی.. 874-6-1- روش بهینه‌ سازی.. 874-6-2- نتایج بهینه‌ سازی: 894-6-3- مقایسه بین مدل اولیه و مدل بهینه شده: 954-7- بررسی عملکرد سیکلون در درام بویلر. 954-7-1- نتایج حاصل از شبیه سازی عددی سیکلون در درام بویلر. 96   جمع­بندی و پیشنهاد‌ها5-1- مقدمه: 1015-2- جمع­بندی: 1015-3- پیشنهاد‌ها: 102منابع و مراجع. 103فهرست شکل­هاشکل 1-1- جداساز گاز- مایع قدیمی.. 2شکل 1-2- سیکلون جداکننده کننده گاز مایع (GLCC) 4شکل 2-1- انواع زدایشگرها 15شکل 2-2- انواع مختلف تجهیزات برای جمع‌آوری ذراتی در بازه‌های متفاوت اندازه 16شکل 2-3- توزیع اندازه ذرات افشانه بسته به منبع و شیوه تولید آن دارد. 17شکل 2-4- ذرات موجود در مه­های تولیدی از سه منبع متفاوت در بازه یک میکرون هستند. 18شکل 2-5- سه مکانیسم مختلف که توسط آن‌ها ذرات به وسیله الیاف به هم برخورد می­کنند. 20شکل 2-6- انواع تیغه‌ها برای زدودن افشانه‌ها 22شکل 2-7- در جریان افقی، پره­های چورن تیغه­ها را قلاب کرده تا به تخلیه مایع کمک کنند. 23شکل 3-1- مدل شماتیک از جداکنندهGLCC در آرایش حلقه اندازه‌گیری.. 35شکل 3-2- طرح شماتیک و فهرستی از اصطلاحات و علائم هندسه‌ی کلی‌ GLCC.. 39شکل 3-3- نیروهای موثر در حجم کنترل در حال دوران.. 41شکل 3-4- نمودار سرعت مماسی و سرعت محوری در( GLCC) 43شکل 3-5- شماتیک خط سیر ذرات حباب و قطره‌ 45شکل 3-6- شماتیکی از قسمت تست یک GLCC.. 63شکل3-7- شماتیک از تله‌ی مایع. 64شکل 3-8- محدوده­ی عملیاتی حمل از بالای مایع. 66شکل3-9- (LCO) تحت شرایط جریان هم زده و حلقه­ای.. 67شکل 3-10- درصد (LCO) 68شکل 3-11- محدوده­ی عملیاتی با سطح مایع. 69شکل3-12- ابعاد GLCC و بخش‌های مختلف حلقه­ی جریان.. 72شکل 3-13- چند فازمتر با جداکننده­ی گاز- مایع. 73شکل3-14- کوریولیس متر با GLCC.. 74شکل 3-15- سیکلون های سری.. 75شکل 4-1- نمایش شبکه­بندی مثلثی در سیکلون.. 79شکل 4-2- پیش‌بینی سرعت مماسی متوسط در 500mm زیر  ورودی.. 80شکل 4-3- پیش‌بینی سرعت مماسی متوسط در 600mm زیر  ورودی.. 80شکل 4-4- ابعاد سیکلون.. 81شکل 4-5- مسیر حرکت قطرات به سمت خروجی مایع و گاز 82شکل 4-6- کانتور سرعت (الف) کانتور سرعت قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور سرعت در قسمت پایینی سیکلون.. 83شکل 4-7- کانتور سرعت مماسی (الف) کانتور سرعت مماسی قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور سرعت مماسی در قسمت پایینی سیکلون  85شکل 4-8- کانتور فشار (الف) کانتور فشار قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور فشار در قسمت پایینی سیکلون.. 86شکل 4-9- تأثیر تغییر قطر خروجی مایع بر GCU و LCO... 89شکل 4-10- تأثیر تغییر قطر اصلی بر GCU و LCO... 90شکل 4-11- تأثیر تغییر پهنای ورودی بر GCU و LCO... 91شکل 4-12- تأثیر تغییر زاویه­ی ورودی بر GCU و LCO... 92شکل 4-13- تأثیر تغییر ارتفاع ورودی بر GCU و LCO... 93جدول 4-4- مقایسه­ی GCU و LCO بین مدل اولیه و مدل بهینه. 95شکل 4-14- کانتور سرعت (الف)کانتور سرعت قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور سرعت در قسمت پایینی سیکلون.. 97شکل 4-15- کانتور فشار (الف) کانتور فشار قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور فشار در قسمت پایینی سیکلون.. 98شکل 4-15- کانتور دما (الف) کانتور دمای قسمت بالایی سیکلون (ب) کانتور دما در قسمت پایینی سیکلون.. 99فهرست جداولفهرست علائم و اختصارات.. د‌علائم زیرنویس.... ذ‌جدول 4-1- ویژگی­های جریان در سیکلون.. 77جدول 4-2- بررسی استقلال از شبکه. 78جدول 4-3- تأثیر تغییر تمام پارامترها بر GCU و LCO... 94جدول 4-5- ویژگی­های جریان در سیکلون درام. 96جدول 4-6- نتایج حاصل از استفاده­ی سیکلون در درام. 99فهرست علائم و اختصارات
تعریفواحدعلامت اختصاری
سرعت فاز گاز
نوسانات سرعت در جهت x
نوسانات سرعت در جهت y
نوسانات سرعت در جهت z
نیروی وارد بر حجم کنترلf
ضریب انتقال حرارت جابجایی
عدد رینولدز(بدون بعد)
ضخامت لایه سیال کنار دیوار
دبی سیال
شتاب گرانش
قطر
جرم قطره
ضریب درگ(بدون بعد)
نیروی درگ
نیروی وزن
مؤلفه مماسی سرعت بعد از برخورد
مؤلفه نرمال سرعت بعد از برخورد
مؤلفه نرمال سرعت قبل از برخورد
قطر قطره بعد از برخورد
قطر قطره بعد از برخورد
عدد وبر قطره(بدون بعد)
عدد وبر فیلم مایع(بدون بعد)
عدد وبر برخورد قطره(بدون بعد)
انرژی جنبشی درهم
نرخ تلفات انرژی جنبشی در هم
حجم
طول کانال خروج مایع
ارتفاع کانال خروج مایع
چگالی
ویسکوزیته
نسبت جرمی فاز(بدون بعد)
کشش سطحی قطره
ضخامت فیلم مایع
ویسکوزیته سینماتیک
علائم زیرنویس
تعریفاندیس­ها
گاز
مایع
ذره
قطره
فاز q
بین دو فاز p و q
کروی

1مقدمه :

برای جدا کردن جریان دو فاز گاز- مایع، صنایع نفت و گاز در گذشته از جداکننده­های مخزنی استفاده می­کردند که بزرگ، سنگین و گران بود. جداکننده­های قدیمی به این صورت کار می­کردند که ابتدا سیال دو فاز گاز- مایع وارد مخزن می­شد و از یک صفحه­ی ورودی عبور می­کرد. در ورودی سرعت گاز کاهش می­یافت و این کاهش سرعت باعث تغییر در مومنتوم سیال می­شد و در نتیجه ذرات کوچک و ریز مایع به هم برخورد می­کردند و ذرات سنگین­تری را تشکیل می­دادند که به صفحه‌ی ورودی و دیواره­ی داخل جداکننده می­چسبیدند. سپس گاز در خروجی به یک صفحه که جداسازی نهایی در آن جا شکل می­گرفت برخورد می­کرد و از جداکننده خارج می­شد و ذرات مایع به قسمت پایین جداکننده منتقل می­شدند.شکل 1-1- جداساز گاز- مایع قدیمی ]1 [اما نیاز به جداکننده­هایی که در نقاط دوردست در محل­های مختلف قابل استفاده بوده و قابل‌حمل نیز باشند و همچنین استفاده از آن‌ها در زیر دریا، نیاز به جداکننده با حجم کمتر، که البته به کاهش چشم­گیر هزینه نیز منجر می­شود را بیش از پیش عیان کرده است. در میان جایگزین­های مختلفی که می­تواند برای رفع این مشکلات وجود داشته­باشد، جداکننده­های استوانه­ای گاز- مایع[1] که توسط دانشگاه تولسا و چورن[2] ارائه ‌شده و از نیروی گریز از مرکز علاوه بر نیروی گرانش برای جداسازی دو فاز استفاده می­کند، برای بررسی انتخاب شده است. جداساز استوانه­ای گاز- مایع یک جداکننده ساده، کم حجم و کم هزینه است که می­تواند به خاطر هزینه­ی کم و قابلیت حمل، جایگزینی مناسب برای جداسازهای قدیمی در محدوده­ی گسترده­ای از کاربرد­ها باشد. اگرچه سیکلون­ها مدت­های زیادی به عنوان جدا سازهای مایع- مایع، جامد- مایع و گاز- جامد استفاده‌شده­اند اما استفاده­ی محدودی از آن‌ها در جداسازی گاز- مایع انجام شده است، که البته مانع اصلی برای استفاده­ی گسترده از جداسازهای گاز- مایع، کمبود امکانات قابل اعتماد برای پیش‌بینی عملکرد آن‌ها برای دانستن کارایی مناسب این جداسازها است.GLCC  شامل یک لوله عمودی با یک ورودی مماسی شیب‌دار می­باشد که در قسمت میانی ارتفاع لوله قرارگرفته است و دو خروجی یکی برای خروج گاز در بالا و دیگری برای خروج مایع در پایین آن تعبیه‌شده‌اند و به خاطر وجود گرانش قسمت پایین GLCC توسط مایع و قسمت بالایی آن توسط گاز اشغال می­شود. نیروی مماسی باعث چرخش سیال شده که منجر به ایجاد نیروی گریز از مرکز و گردابه­ای در داخل بدنه­ی سیکلون می­شود. بنابراین در قسمت پایین ورودی، حباب­های گاز به دام افتاده توسط مایع به صورت شعاعی به سمت محور سیلندر رانده می­شوند و یک نوار گازی را تشکیل می­دهند که دوباره به گردابه ملحق می­شوند و در قسمت بالایی، ذرات مایع به سمت دیوار جداکننده پرتاب‌شده و تشکیل یک جرم فشرده را می­دهند که توسط گاز قابل‌حمل نبوده و به سمت خروجی مایع حرکت می­کند. شکل (1-2) نمونه­ای از یک سیکلون استوانه­ای جداکننده­ی گاز مایع را نشان می­دهد.تعداد صفحه : 125قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید