بررسی تاثیر ذرات جامد در سیال بر سایش لوله فولادی: مدل سازی CFD و آزمایش های تجربی

سایش ناشی از ذرات جامد معلق در جریان سیال یکی از مشکلات کلیدی در صنایع نفت و گاز است که می تواند عمر مفید لوله های فولادی را کاهش دهد. در این پژوهش، آزمایش های تجربی متعددی برای بررسی و اعتبارسنجی سه روش مدل سازی مختلف انجام شد: دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، مدل اویلری و مدل لاگرانژی. ابتدا جریان گاز حاوی ذرات جامد در یک لوله مستقیم به طول ۱۰ متر و قطر ۵۶ اینچ و یک زانویی ۹۰ درجه برقرار گردید و نرخ سایش روی دیواره های بیرونی زانویی با استفاده از هر سه روش پیش بینی شد. سپس با آزمایش های سایش پین‑روی‑دیسک روی نمونه فولاد ST۳۷، نتایج مدل سازی ها با داده های تجربی مقایسه شد. یافته ها نشان دادند که مدل CFD-لاگرانژی با انحراف کمتر از ۱۷/۱۷ درصد و مدل CFD-اویلری با انحراف کمتر از ۱۰/۷ درصد نسبت به نتایج آزمایشگاهی همخوانی دارند. این مقایسه دقیق، برتری روش CFD-اویلری را در پیش بینی دقیق تر سایش فولاد ST۳۷ نشان داد. نتایج این مطالعه می تواند راهگشای بهبود طراحی و نگهداری لوله های فولادی در صنایع نفت و گاز بوده و هزینه های ناشی از سایش و خرابی تجهیزات را کاهش دهد.

کلیدواژه ها:

ذرات جامد ، سایش ، خواص مکانیکی ، نرخ سایش ، دینامیک سیالات محاسباتی ، مدلسازی عددی