شبيه‌سازي عددي الگوي جريان لخته‌اي در كانال‌هاي T شكل به روش حجم سيال

Numerical simulation of slug flow pattern in T junction using volume of fluid method

در مطالعه حاضر به بررسي الگوي جريان دوفازي لخته‌اي در اتصال T شكل تقسيم‌كننده منشعب در دو گروه منظم و نامنظم پرداخته شده است. شبيه‌سازي صورت گرفته توسط نرم‌افزار متن‌باز اوپن‌فوم، با استفاده از روش يك سيالي و مدل حجم سيال (VOF) به تعقيب سطح مشترك جريان دو فازي مايع- گاز پرداخته است. شرط مرزي سرعت ثابت براي ورودي، فشار ثابت براي مرزهاي خروجي و شرط مرزي عدم لغزش براي ديواره‌ها در نظر گرفته شده است. با توجه به اينكه الگوي جريان لخته‌اي يكي از پيچيده ترين الگوهاي جريان دو فازي است كه نوسانات ناشي از آن مي‌تواند صدمات جبران‌ناپذيري را به تجهيزات موجود در پايين‌دست وارد كند، تمركز اصلي تحقيق حاضر به بررسي كاهش الگوي جريان لخته‌اي با استفاده از اتصال T شكل است. استنتاج شده است كه با استفاده از تقاطع، دامنه نوسانات فشار و سرعت كاهش مي‌يابد. اگرچه ورودي شاخه عمودي با ابعاد سطح مقطع cm25×5، در كاهش لخته‌هاي بالادست به طور كامل موثر نيست، با اين حال با افزايش ابعاد ورودي شاخه جانبي عمودي از cm25×5 به cm25×10 و cm25×20 نوسانات فشار جريان دو فازي در كل كانال كاهش‌يافته و محدوده جريان لخته‌اي در پايين‌دست كاهش و گستره جريان توپي افزايش مي يابد. همچنين به منظور اثبات درستي شبيه‌سازي عددي، به صحت‌سنجي مدل‌سازي حاضر با كارهاي انجام شده معتبر قبلي پرداخته شد كه توافق خوبي را بين نتايج نشان مي‌دهد.

In this research two-phase slug flow regime in a T-junction branching divider is examined in two regular and irregular groups. Simulation is accomplished by OpenFOAM™ open source software. Simulation uses single fluid with volume of fluid (VOF) method to follow gas-liquid two-phase flow interface. Constant velocity boundary condition for inlet, constant pressure for outlet boundaries and no slip boundary condition are considered for fixed walls. Since slug flow regimes are one of the most complex two-phase flow regimes whose behavior could result in serious damages to the downward equipment, the present research concentrates on the examination of slug flow behavior in the downstream of the T-junction. This study has concluded that using T junction eliminates flow fluctuation so the pressure and air velocity values decrease. Although the inlet of the vertical branch with cross section of 5×5 cm2 is not fully effective in decreasing upward slugs, with the size of the inlet vertical side-branch from 5×5 cm2 to 10×5 cm2 and 20×5 cm2, pressure value of two-phase flow in the whole duct decreases. The consequences are the slug flow decreases in downstream but the plug flow rises which means the objectives of the research have been accomplished. To verify the numerical results, comparison was made with the well justified previous works. The agreement was encouraging.