ردیابی و بررسی برخورد میکروحباب‌ها در لوله‌های uشکل در خطوط انتقال سیال

در فرآیندهای صنعتی، به‌ویژه در سیستم‌های لوله‌کشی نفت، گاز و سوخت، فرسایش از جمله مشکلات رایج است. ذرات کوچک که به سطوح لوله‌ها برخورد می‌کنند، باعث آسیب و فرسایش سطوح می‌شوند؛ بنابراین بررسی حرکت ذرات و به‌دست‌آوردن پارامترهای تاثیرگذار در میزان تخریب های به وجود آمده در اثر برخورد ذرات به دیواره داخلی لوله ها، بسیار حائز اهمیت است. هدف اصلی در این مطالعه، بررسی حرکت ذرات و تخمین میزان برخورد ذرات به دیواره داخل لوله های u شکل با درنظرگرفتن دبی ورودی مختلف داخل لوله و اندازه های مختلف ذرات جهت بررسی میزان آسیب‌پذیری دیواره لوله ها در اثر برخورد ذرات در هر کدام از هندسه های مختلف لوله های u می‌باشد. ابتدا هندسه لوله ها توسط نرم‌افزار طراحی بازسازی شده است. سپس به مدل سازی جریان سیال و ردیابی میکروحباب ها در هر کدام از هندسه های لوله ها در نرم‌افزار تحلیل اجزا محدود پرداخته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی به‌ازای لوله با قطرهای 3، 6 و 9 میلی متر نشان داد که تعداد برخورد میکروحباب ها به دیواره داخلی لوله های u شکل، با افزایش قطر داخلی لوله ها افزایش می یابد. در این مطالعه سه نسبت 2.33، 3.2 و 4.2 برای شعاع انحنا لوله فرض گردید که نتایج نشان داد که در همة لوله ها کاهش انحنای لوله ها باعث افزایش در میزان برخورد میکروحباب ها به دیواره داخلی لوله ها می شود. به طور مثال در لوله با قطر 3 میلی‌متر و سرعت سیال 12 متر بر ثانیه، اختلاف برخورد میکروحباب به‌ازای شعاع انحنای مختلف، حدود 25 درصد می‌باشد. دلیل این پدیده این است که کاهش انحنای لوله باعث ایجاد گردابه بعد از عبور سیال از ناحیه انحنادار لوله می‌شود که این گردابه می‌تواند احتمال برخورد حباب‌ها به دیواره را افزایش دهد. همچنین مشاهده می شود که بین سرعت‌های ورودی 1،4،  8 و 12 متر بر ثانیه بیشترین برخورد برای ورودی 12 متر بر ثانیه است. نتیجه‌گیری می‌شود که افزایش سرعت جریان سیال ورودی باعث افزایش تعداد برخورد حباب ها به دیواره داخلی لوله ها به دلیل افزایش نیروی پسا (که ناشی از افزایش سرعت جریان سیال ورودی می‌شود)، می‌شود.  نتایج همچنین نشان داد که با کاهش قطر میکروحباب ها (1، 2، 3 و 4 میکرون)، میزان برخورد ذرات به دیواره به‌شدت افزایش می یابد، طور یکه افزایش تعداد برخورد میکروحباب ها به دیواره می تواند آسیب زیادی به بدنه لوله ها وارد کند. مطالعه حاضر می تواند در درک و بهبود پدیده فرسایش در سیستم‌های لوله‌کشی به‌ویژه در محیط‌های صنعتی بسیار مفید باشد. پژوهشگران و صنعتگران در طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های لوله‌کشی خود، می‌توانند از الگوها و پیشنهادهای این تحقیق بهره‌مند شده و بدین ترتیب عملکرد و مقاومت سیستم‌های خود در برابر فرسایش را بهبود بخشند.

experimental study of the effect of hartmann-sprenger resonance tube end flow on tube heating performance

in industrial processes، particularly in oil، gas، and fuel pipeline systems، erosion is a common issue. small particles colliding with the surfaces of pipes lead to damage and erosion. therefore، examining the motion of particles and determining influential parameters in the extent of damages resulting from particle impact on the inner walls of pipes is of great significance. the primary objective of this study is to investigate the movement of particles and estimate the extent of particle impact on the inner walls of u-shaped pipes، considering different inlet flow rates and various particle sizes to assess the vulnerability of pipe walls to particle impact in each geometry of u-shaped pipes. the geometry of the pipes has been reconstructed using design software. subsequently، fluid flow modeling and tracking of microbubbles in each geometry of the pipes have been conducted using finite element analysis software. the results of the simulation for pipes with diameters of 3، 6، and 9 mm showed that the number of microbubbles hitting the inner wall of u-shaped tubes increases with the increase of the inner diameter of the tubes. in this study، three ratios of 2.33، 3.2، and 4.2 were assumed for the pipe curvature radius، and the results showed that in all pipes، decreasing the pipe curvature increases the number of microbubbles hitting the inner wall of the pipes. to be for example، in a pipe with a diameter of 3 mm and a fluid velocity of 12 meters per second، the difference in microbubble impact for different curvature radii is about 25%. the reason for this phenomenon is that the reduction of the curvature of the pipe causes the creation of a vortex after the fluid passes through the curved area. it turns out that this vortex can increase the possibility of bubbles hitting the wall. it can also be seen that between the input speeds of 1، 4، 8 and 12 meters per second، the maximum collision is for the input of 12 meters per second. it is concluded that increasing the speed of the incoming fluid flow causes an increase in the number of bubbles hitting the inner wall of the tubes due to the increase in the drag force (which is caused by the increase in the speed of the incoming fluid flow). the results also showed that by reducing the diameter of microbubbles (1، 2، 3 and 4 microns)، the amount of particles hitting the wall increases greatly، so that increasing the number of microbubbles hitting the wall can cause great damage to the body. this study can contribute significantly to understanding and improving the erosion phenomenon in pipeline systems، especially in industrial environments. researchers and industry professionals، in designing and optimizing their pipeline systems، can benefit from the patterns and recommendations derived from this research، thereby enhancing the performance and resistance of their systems against erosion.