شبیه‌سازی جداکننده‌های دو فازی گاز-مایع پره ای و بررسی تاثیر کانال‌های خروجی مایع بر بازده جداسازی

نوع مقاله: علمی ترویجی

نویسندگان

1 آزمایشگاه شبیه‌سازی و کنترل فرایندها، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 پژوهشکده توسعه فرایند و فناوری تجهیزات، پژوهشگاه صنعت نفت

چکیده

در بررسی عملکرد جداکننده‌های گاز- مایع پره‌ای تاکنون عمده تحقیقات بر بررسی تاثیرات مدل‌های جریان درهم، سرعت، فشار و اندازه قطرات متمرکز بوده است. در این پژوهش به بررسی تاثیر کانال‌های خروج مایع بر بازده جداسازی قطرات مایع از جریان گاز، افت فشار و پروفایل سرعت سیال از طریق شبیه‌سازی این فرآیند با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)در حالت ناپایا پرداخته شده است. از دیدگاه اولری- لاگرانژی برای بررسی رفتار هیدرودینامیکی قطرات مایع در جریان گاز و بررسی برهمکنش این دو فاز در پره استفاده شده است. با استفاده از داده‌های تجربی موجود، مدل محاسباتی معتبرسازی شده است. در این شبیه‌سازی، بازده دو پره با کانال خروج مایع و بدون آن مقایسه شده است. با توجه به نتایج حاصل از مدل  CFD، افزایش بازده در اثر کانال‌های خروج مایع اثبات گردیده است. مطابق محاسبات انجام پذیرفته بازده جداسازی قطرات مایع از فاز گاز در پره بدون کانال 3/23% و بازده برای پره کانالدار 22/72% است. همچنین در این مطالعه تاثیر کانال‌های خروج مایع بر افت فشار جریان و محل‌های جداسازی قطرات بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of Pressure Drop and Heat Transfer in a Double-pipe Heat exchanger Equipped with Coiled Wire by Computational Fluid Dynamics (CFD)

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Kavoussi 1
  • Shahrokh Shahhosseini 1
  • Yaghoub Behjat 2
1 1- School of Chemical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Development Division, Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, Computational Fluid Dynamics analysis has been used for predicting Nusselt number, friction factor, and the overall enhancement efficiency in a double pipe heat exchanger under different Reynolds numbers and several of coiled wires geometries. A three-dimensional model has been used for investigation of the parameters in a simple tube and coiled wire inserted tubes. The results show that in the heat exchangers with coiled wires, the Nusselt number, and friction coefficient increases up to 2.2-3 times and 1.1-1.35 times respectively. By increasing the Reynolds number, the Nusselt number and the overall enhancement efficiency increase and the friction factor reduces. In addition, it was observed that by decreasing the wires curvature length, the friction coefficient and the Nusselt number increase. The average relative error between the CFD predictions and experimental data for simple tube is about 8% and for coiled wire geometry is about 8 to 18%. The CFD predictions have been compared to the experimental data and showed pretty good agreement, so the model presented in this study is suitable for predicting the Nusselt numbers and friction factor in the heat exchangers equipped with coiled wires.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computational fluid dynamics
  • metallic wires
  • friction factor
  • Heat Transfer