بررسی عددی تاثیر شیب لوله بر جریان حلقوی آب و نفت خام غیرنیوتنی

انتقال نفت خام سنگین به دلیل گران روی بالا و افت فشار زیاد، یکی از چالش های اصلی در خط لوله محسوب می شود. استفاده از جریان حلقوی که در آن یک لایه ی آب بین نفت و دیواره داخلی لوله قرار می گیرد به عنوان یک راهکار موثر برای کاهش افت فشار شناخته شده است. در این پژوهش، تاثیر شیب لوله بر الگوی جریان دوفازی حلقوی آب و نفت خام غیرنیوتنی به صورت عددی بررسی شده است. دامنه محاسباتی شامل یک لوله با قطر ۴۰ میلی متر و طول ۱.۵ متر است که در آن دو فاز آب و نفت در زوایای مختلف از ۹۰+ درجه تا ۹۰- درجه تحلیل شده اند. برای شبیه سازی جریان از روش دینامیک سیالات محاسباتی در محیط نرم افزار فلوئنت و مدل حجم سیال جهت مدل سازی فصل مشترک آب و نفت استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که جریان حلقوی نسبت به جریان تک فاز نفت، افت فشار را تا ۸۵.۵% کاهش می دهد. همچنین، با نزدیک تر شدن شیب لوله به حالت عمودی، الگوی جریان حلقوی از حالت نیمه حلقوی به حالت کاملا حلقوی و متقارن تغییر می یابد که این تغییر باعث کاهش احتمال رسوب نفت خام بر دیواره لوله می شود. در جریان رو به بالا با افزایش شیب، افت فشار اصطکاکی کاهش و افت فشار گرانشی افزایش می یابد. در زوایای بیش از ۷۵ درجه، کاهش مولفه اصطکاکی بر افزایش مولفه گرانشی غلبه کرده و مجموع این دو مولفه از ۱۲۴۵ پاسکال در زاویه ۷۵ درجه به ۱۲۰۱ پاسکال در زاویه ۹۰ درجه کاهش یافته است. در جریان رو به پایین با افزایش شیب، افت فشار اصطکاکی افزایش و افت فشار گرانشی کاهش می یابد. برای اعتبارسنجی، نتایج عددی با داده های تجربی مقایسه شده و حداکثر خطای ۷% به دست آمده است.

کلیدواژه ها:

مطالعه عددی ، جریان حلقوی ، افت فشار ، نفت خام سنگین ، زاویه شیب