مطالعه تجربی و شبیه‌سازی cfd اندازه‌گیری جریان دوفازی با استفاده از دبی‌سنج روزنه‌ای

با توجه به اهمیت اندازه‌گیری جریان‌های چند‌فازی در صنایع نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی، در این مطالعه به امکان‌سنجی روش‌های مختلف اندازه‌گیری جریان دوفازی آب و هوا پرداخته شده است. مدار جریان دو‌فازی مورد استفاده و تجهیزات آن شامل دبی‌سنج روزنه‌ای و مانومتر جیوه‌ای، با توجه به استانداردهای مربوطه طراحی و ساخته شد. در مدار دوفازی طراحی شده، دبی هر یک از فازهای آب و هوا قبل از ورود به ناحیه اختلاط و تشکیل جریان دوفازی با استفاده از دبی‌سنج‌های الکترومغناطیسی و توربینی اندازه‌گیری شدند. دبی جرمی کل عبوری از دبی‌سنج روزنه‌ای برابر با مجموع دبی‌های جرمی اندازه‌گیری شده توسط دبی‌سنج‌های الکترومغناطیسی و توربینی است. با استفاده از دبی‌سنج روزنه‌ای موجود در مدار دوفازی و مشخص بودن دبی جرمی کل جریان دوفازی عبوری از آن، افت‌فشار دبی‌سنج روزنه‌ای به‌ازای مقادیر مختلف دبی و کسر حجمی فازهای آب و هوا در جریان دوفازی تعیین شد. محدوده تغییرات عدد رینولدز جریان دوفازی 10000744 و محدوده تغییرات کسر حجمی هوا 40%15% در نظر گرفته شد. در این مطالعه، تاثیر عدد رینولدز و کسر حجمی هوا در جریان دوفازی بر عملکرد دبی‌سنج روزنه‌ای بررسی شد. در جریان‌سنج روزنه‌ای، در اعداد رینولدز پایین که الگوی جریان پیستونی برقرار است، شیب تغییرات ضریب تخلیه برحسب عدد رینولدز جریان دوفازی، بیشتر است و با افزایش عدد رینولدز جریان دوفازی و تغییر الگوی جریان از پیستونی به لایه‌ای، این شیب کاهش می‌یابد. جریان‌سنج روزنه‌ای تحت جریان عبوری دوفازی با استفاده از مدل‌های مختلف آشفتگی مورد شبیه‌سازی cfd قرار گرفت. طبق نتایج حاصل، مدل آشفتگی کااپسیلون استاندارد نتایج دقیق‌تری نسبت به سایر مدل‌های آشفتگی حاصل نمود. پژوهش حاضر زمینه اندازه‌گیری جریان‌های دوفازی در صنایع نفت و گاز را فراهم می‌آورد.

Experimental Study and CFD Simulation of Twophase Flow Measurement Using Orifice Flow Meter

Due to the importance of measuring multiphase flows in the oil, gas, refining and petrochemical industries, in this study, the feasibility of different twophase flow measurement methods has been investigated. Twophase flow loop and measurement equipment including orifice plate flow meter and mercury manometer have been designed according to the international standards. Flow rates of water and air phases in twophase flow loop have been measured using electromagnetic and turbine flow meters respectively before entering the mixing section and forming twophase flow. Total mass flow rate of twophase flow passing through the orifice flow meter has been equal to the total mass flow rate of water plus the total mass flow rate of air that has been measured by electromagnetic and turbine flow meters respectively. The orifice pressure drop for different flow rates of water and air and various volume fractions of air in twophase flow has been measured. Reynolds number and air volume fraction of twophase flow were in the range 744 – 10000 and 15 – 40% respectively. Effects of Reynolds number and air volume fraction of twophase flow on the orifice plate performance have been investigated. For low Reynolds numbers of twophase flow that the plug flow pattern has been dominant, the slope of changes for discharge coefficient has been more in comparison with upper ranges of Reynolds number where the flow pattern is changed from plug flow to stratified. Orifice plate flow meter has been simulated using CFD approach. The standard KEpsilon turbulence model has predicted better results than other turbulence models. The present study provides the basis for measuring twophase flows in the oil and gas industry.