بخشی از مقاله
چکیده
پیشبینی افت فشار و کسر حجمی مایع در جریانهای دوفازه در موارد عملی نظیر انتقال نفت توسط لوله و تاسیسات هیدرولیکی انتقال آب بسیار حائز اهمیت است. در سیستمهای هیدرولیکی نظیر کالورتها، آبگیرهای تحتانی، تونلها، اتصالات و موارد مشابه، اختلاط آب و هوا و تشکیل جریان دوفازه بوفور دیده میشود. لذا، بررسی رفتار جریان برای ساخت و بهرهبرداری بهتر از تاسیسات هیدرولیکی از اهمیت زیادی برخوردار میباشد.
ورود هوا به داخل آب و تشکیل جریان دو فازه هر چند از دیدگاه کلی از این جهت که میتواند بر جلوگیری تشکیل فشارهای منفی تأثیرگذارد برای ما مطلوب میباشد، در عین حال، در تأسیسات هیدرولیکی میتواند مشکلات و خسارات جبران ناپذیری به سیستم وارد آورد که از آن جمله، ترکیدن حبابهای هوا با انرﮊی زیاد است که میتواند، باعث تحمیل ضربه به سیستم و فرسایش و خوردگی گردد.
علاوه بر این ظرفیت سیستم را کاهش داده و با سر و صدا و ارتعاش زیاد میتواند بر سازه تأثیر منفی و مخرب داشته باشد. در این مقاله، روشهایی برای تخمین میزان هوای ورودی به سیستم و تاثیر آن بر پارامترهای هیدرولیکی نظیر افت فشار و بررسی تاثیرات هیدرولیکی هندسه جریان و مختصات فیزیکی سیالات اختلاط یابنده - آب و هوا - ارائه و نهایتاﹰ روشهای بهینه با توجه به میزان دقت آنها در مقایسه با نتایج واقعی معرفی می گردند.
١- مقدمه
هرگاه دو سیال با ویژگیهای گوناگون همزمان در یک مجرا جریان داشته باشند، الگوهای مختلفی از جریان بصورت تصادفی رخ میدهند. الگوی جریان چگونگی توزیع هر فاز جریان در مجرا در برابر فاز دیگر میباشد. مهمترین این الگوها، جریان حبابی١، جریان مهآلود٢، جریان مجزا٣، جریان لختهای٤، و جریان حلقهای٥ میباشند. که هر الگو شرایط خاص و منحصربفرد خود را داشته و جریان ایجاد شده در هر الگو ویژگیهای فیزیکی متمایزی نسبت به الگوهای دیگر از خود نشان میدهد. بهمین جهت، جریانهای دوفازه بسیار پیچیده بوده و تحلیل آنها دشوار میباشد. معادله کلی افت فشار در جریانات دوفازه بصورت زیر بدست می آید]١.[
معادلات گوناگونی برای پیشبینی افت فشار در جریانهای دوفازی پیشنهاد شدهاند و در برخی از موارد، این معادلات با یکدیگر در اختلاف هستند. این دوگانگی ناشی از شیوههای بدستآوردن سه بخشی است که پدیدآورنده افت فشار هستند. برخی از محققین از لغزش بین دو فاز چشمپوشی میکنند، و سرعت یکسان برای دوفاز درنظر میگیرند و با این فرض چگالی مخلوط را اندازهگیری میکنند و برای افت اصطکاک تنها یک ضریب اصطکاک تجربی پیشبینی میکنند - دسته الف - . برخی دیگر روشهایی را درپیش گرفتهاند که هم باید کسر حجمی مایع و هم ضریب افت اصطکاک را بدست آورد - دسته ب - . شماری از پژوهشگران نیز چگونگی جریان را به الگوهای گوناگون ردهبندی کردهاند و برای هر الگو معادلات جداگانهای بدست آوردهاند.
٢- دستهبندی معادلات حاکم بر جریانات دو فازه
٢-١- معادلات دسته الف: معادلاتی که در این دسته جای دارند تنها در ضریب افت اصطکاک با یکدیگر اختلاف دارند. پوئتمان و کارپنتر رابطهای بر پایه شدت جریان جرمی کل بدست آوردند. منتها در این روش بجای استفاده از افت فشار فنینگ، افت فشار اصطکاکی بر مبنای معادله دارسی-وایسباخ تعیین میگردد.
