مطالعه‌تجربی و مدل‌سازی cfd جداساز دوفازی

تمرکز اصلی این پژوهش برروی بررسی عملکرد جداسازدوفازی (مایع گاز) آزمایشگاهی به‌صورت تجربی و همچنین، ارائه مدل شبیه‌سازی دقیق به منظور استفاده در طراحی جداسازهای صنعتی بوده است. به همین منظور، جداسازصنعتی دوفازی در ابعاد آزمایشگاهی با استفاده از روابط تجربی موجود طراحی گردید. در مدل‌های نیمه‌تجربی علاوه بر فرض‌های ساده شونده، تاثیر منحرف‌کننده ورودی جداساز بر فرآیند جداسازی نادیده گرفته شده و قطر قطرات فاز ثانویه یک مقدار ثابت تعیین شده می‌باشد که تمامی قطرات مایع در بالاترین نقطه جداساز قرار دارند و از آن نقطه به طرف سطح مایع سقوط می‌کنند. همچنین، مفاهیم مربوط به جریان آشفته در این روش‌ها مد‌نظر گرفته نشده است. در این پژوهش، چرخه جریانیدوفازی در ابعاد آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. در چرخه جریانی ساخته شده، آب به‌عنوان سیال مایع و هوا به‌عنوان سیال گاز مورد استفاده قرار گرفتند. سیال آب و هوا در نقطه اختلاط که یک مخلوط کننده استاتیک می‌باشد، تشکیل جریان دوفازی داده و پس از طی مسافتی معادل با 160 برابر قطر خط لوله، جریان توسعه‌یافته تشکیل شده و وارد جداساز می‌شود. دبی آب در بازه m^3/h 0.5-2 و دبی گاز در بازه m^3/hا0-100 در نظر گرفته شد. به منظور بررسی عملکرد جداساز دوفازی، از فیلتر μ 20 در خروجی گازجداسازاستفاده شد وکسرحجمی قطرات آب باقی‌مانده در جریان گاز خروجی اندازه‌گیری شد. همچنین با استفاده از سیستم عکس‌برداری، قطر قطره‌های آب به دام افتاده در فیلتر اندازه‌گیری شد. نتایج شبیه‌سازی cfd جداساز دوفازی با نتایج تجربی به‌دست آمده اعتبارسنجی شدند و بهترین مدل شبیه‌سازی چندفازی، مدل اغتشاش و ضرایب تخفیف برای فرآیند شبیه‌سازی cfd جداساز دوفازی تعیین شدند.از مهم‌ترین دستاوردهای این پژوهش فراهم نمودن بستر لازم جهت طراحی جداساز دوفازی گاز مایع در ابعادصنعتی با توجه به شرایط تولید و تاثیر هریک از اجزای داخلی جداساز می‌باشد.

Experimental Study and CFD Modeling of Twophase WellHead Separator

The performance of twophase separator was investigated in this paper. Twophase separator was designed and manufactured using empirical correlations. The simplifying assumptions were used in these empirical correlations which make the results of these empirical correlations less valuable. The effect of inlet diverter was neglected in designing methods and the diameter of the liquid droplets assumed to be constant and predetermined. In these designing methods, it was assumed that the liquid droplets were falling from the top of the twophase separator vessel but in reality, the inlet diverter leads to separate the majority of liquid droplets because of momentum changing. Also, the fundamentals of the turbulent multiphase flow were not considered in these designing methods. The twophase flow loop was designed and manufactured. Air and water flows were mixed together at mixing section that was a 45° Tee and twophase flow was formed. The twophase flow had been considered as developed twophase flow after passing 160*D distance along the pipe length which D is the pipe diameter. Water and air flow rates were in ranges of 02.5m3/h and 0100m3/h, respectively. The liquid droplets trapper with 20micron filter was mounted at gas outlet section of the separator to measure the volume fraction of the liquid phase in outlet gas flow and photography of liquid droplets in order to determine the diameter of the liquid droplets in outlet gas flow. The CFD results were validated using experimental results and compared together in order to obtain the best multiphase flow model, turbulent flow model and under relaxation factors. Finally, the dimensionless groups were developed in order to model and investigate the separator performance. One of the most important achievements of this paper was providing the suitable platform to design well head twophase separators based on the production conditions.