ردیابی و بررسی برخورد میکروحباب ها در لوله های Uشکل در خطوط انتقال سیال

در فرآیندهای صنعتی، به ویژه در سیستم های لوله کشی نفت، گاز و سوخت، فرسایش از جمله مشکلات رایج است. ذرات کوچک که به سطوح لوله ها برخورد می کنند، باعث آسیب و فرسایش سطوح می شوند؛ بنابراین بررسی حرکت ذرات و به دست آوردن پارامترهای تاثیرگذار در میزان تخریب­های به وجود آمده در اثر برخورد ذرات به دیواره داخلی لوله­ها، بسیار حائز اهمیت است. هدف اصلی در این مطالعه، بررسی حرکت ذرات و تخمین میزان برخورد ذرات به دیواره داخل لوله­های U شکل با درنظرگرفتن دبی ورودی مختلف داخل لوله­ و اندازه­های مختلف ذرات جهت بررسی میزان آسیب پذیری دیواره لوله­ها در اثر برخورد ذرات در هر کدام از هندسه­های مختلف لوله­های U می باشد. ابتدا هندسه لوله­ها توسط نرم افزار طراحی بازسازی شده است. سپس به مدل­سازی جریان سیال و ردیابی میکروحباب­ها در هر کدام از هندسه­های لوله­ها در نرم افزار تحلیل اجزا محدود پرداخته شده است. نتایج حاصل از شبیه­سازی به ازای لوله با قطرهای ۳، ۶ و ۹ میلی­متر نشان داد که تعداد برخورد میکروحباب­ها به دیواره داخلی لوله­های U شکل، با افزایش قطر داخلی لوله­ها افزایش می­یابد. در این مطالعه سه نسبت ۲.۳۳، ۳.۲ و ۴.۲ برای شعاع انحنا لوله فرض گردید که نتایج نشان داد که در همه لوله­ها کاهش انحنای لوله­ها باعث افزایش در میزان برخورد میکروحباب­ها به دیواره داخلی لوله­ها می­شود. به طور مثال در لوله با قطر ۳ میلی متر و سرعت سیال ۱۲ متر بر ثانیه، اختلاف برخورد میکروحباب به ازای شعاع انحنای مختلف، حدود ۲۵ درصد می باشد. دلیل این پدیده این است که کاهش انحنای لوله باعث ایجاد گردابه بعد از عبور سیال از ناحیه انحنادار لوله می شود که این گردابه می تواند احتمال برخورد حباب ها به دیواره را افزایش دهد. همچنین مشاهده می­شود که بین سرعت های ورودی ۱،۴،  ۸ و ۱۲ متر بر ثانیه بیشترین برخورد برای ورودی ۱۲ متر بر ثانیه است. نتیجه گیری می شود که افزایش سرعت جریان سیال ورودی باعث افزایش تعداد برخورد حباب­ها به دیواره داخلی لوله­ها به دلیل افزایش نیروی پسا (که ناشی از افزایش سرعت جریان سیال ورودی می شود)، می شود.  نتایج همچنین نشان داد که با کاهش قطر میکروحباب­ها (۱، ۲، ۳ و ۴ میکرون)، میزان برخورد ذرات به دیواره به شدت افزایش می­یابد، طور یکه افزایش تعداد برخورد میکروحباب­ها به دیواره می­تواند آسیب زیادی به بدنه لوله­ها وارد کند. مطالعه حاضر می­تواند در درک و بهبود پدیده فرسایش در سیستم های لوله کشی به ویژه در محیط های صنعتی بسیار مفید باشد. پژوهشگران و صنعتگران در طراحی و بهینه سازی سیستم های لوله کشی خود، می توانند از الگوها و پیشنهادهای این تحقیق بهره مند شده و بدین ترتیب عملکرد و مقاومت سیستم های خود در برابر فرسایش را بهبود بخشند.

کلیدواژه ها:

لوله ، میکروحباب ، برخورد ذرات ، فرسایش