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، چالش های مهمی در خطوط لوله ایجاد می کند. جریان حلقوی که در آن یک لایه آب بین نفت و دیواره لوله قرار می گیرد به عنوان راهکاری موثر برای کاهش افت فشار شناخته شده است. در این پژوهش، تاثیر شیب لوله بر الگوی جریان حلقوی آب و نفت خام غیرنیوتنی مورد بررسی قرار گرفته است. دامنه محاسباتی شامل یک لوله با قطر داخلی ۴۰ میلی متر و طول ۵/۱ متر است که در آن دو فاز آب و نفت در زوایای مختلف از ۹۰ درجه رو به بالا تا ۹۰ درجه رو به پایین تحلیل شده اند. از روش دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیه سازی جریان حلقوی دوفازی و از مدل حجم سیال برای مدل سازی فصل مشترک آب و نفت استفاده شده است. نتایج نشان می دهد جریان حلقوی در مقایسه با جریان تک فاز نفت، افت فشار را تا ۵/۸۵ درصد کاهش می دهد. در جریان رو به بالا با افزایش زاویه شیب، افت فشار اصطکاکی کاهش و افت فشار گرانشی افزایش می یابد. در زاویای بالاتر از ۷۵ درجه، کاهش افت فشار اصطکاکی بر افزایش افت فشار گرانشی غلبه می کند. در جریان رو به پایین با افزایش زاویه شیب، افت فشار اصطکاکی افزایش و افت فشار گرانشی کاهش می یابد. برای اعتبارسنجی، نتایج شبیه سازی با داده های تجربی مقایسه شده و حداکثر خطای محاسباتی ۷ درصد به دست آمده است که دقت مدل را تایید می کند.

کلیدواژه ها:

جریان حلقوی ، جریان دوفازی ، نفت خام غیر نیوتنی ، افت فشار ، شیب لوله