مدلسازي عددي نرخ رسوب آسفالتين در جريان آشفته ي داخل لوله مبدل هاي حرارتي

CFD modeling of Asphaltene deposition in turbulent flow inside heat exchanger pipe

در اين پژوهش رسوب ذرات آسفالتين در نفت خام مدلسازي شده است. فرض شده است پديده‌ي رسوب‌گذاري شامل دو مرحله است: انتقال ذرات آسفالتين به نزديك سطح و اتصال اين ذرات به سطح. با توجه به اندازه‌ي ميكرومتري ذرات آسفالتين از نگرش گونه براي مدلسازي انتقال و اتصال ذرات آسفالتين استفاده شده است. مدلسازي انتقال ذرات آسفالتين به نزديك سطح توسط پخش ناشي از آشفتگي جريان و حركات براوني ذرات، انجام شده است. فرآيند اتصال نيز توسط يك واكنش شيميايي سطحي مرتبه اول مدلسازي شده است. همچنين در مدلسازي انجام شده، اثرات شرايط عملياتي مانند دماي سطح و سرعت در نرخ اتصال ذرات در نظر گرفته شده است. در نهايت تاثير متغيرهاي سرعت، دماي سطح و غلظت ذرات آسفالتين بر نرخ رسوب‌گذاري مدلسازي شده است و با داده‌هاي آزمايشگاهي مقايسه شده است. روند نتايج حاصل به ‌خوبي با داده‌هاي آزمايشگاهي تطابق دارد بطوريكه بيشترين مقدار خطاي مدلسازي برابر با 20 درصد است. همچنين علاوه بر نرخ رسوب‌گذاري، نرخ انتقال و اتصال حاصل از مدلسازي نيز آورده شده است. نتايج در اين مورد نشان مي‌دهند كه براي رسوب ذرات آسفالتين، اتصال ذرات بسيار پراهميت‌ تر از انتقال ذرات است و به همين دليل مدلسازي صحيح اتصال ذرات تاثير زيادي در پيش‌بيني نرخ رسوب‌ ذرات آسفالتين دارد.

In this research, the Asphaltene particles deposition are modeled using species transport equations. It is assumed that the deposition phenomenon consists of two steps: transport of Asphaltene particles toward the wall and attachment of them to the wall. Due to the small size of Asphaltene particles, their motion are simulated using species transport equations. The transport phenomenon of Asphaltene particles are modeled by turbulent and Brownian diffusion and the attachment mechanism is modeled by employing first order chemical reaction near the surface. Effects of surface temperature and velocity are also considered in the model. Finally, the effects of important parameters such as velocity, surface temperature and Asphaltene concentration on deposition rate are investigated and compared with experimental data. The simulation results are agreed well with experimental data and the maximum error of the model is about 20 percent. Also in addition of deposition rate, transport and attachment rate are investigated. The predicted trend of transport rate agrees well with mass transfer equations for fully developed turbulent flow but the model has the average error of 15 percent. The prediction error is due to the under developing assumption in the computational model. The results indicate that the attachment mechanism is more important than transport. Therefore, accurate modelling of attachment has significant effects on prediction of Asphaltene deposition rate.