بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به کمک نرمافزارهای گمبیت و فلوئنت دو هندسه رایج از رطوبتگیرهای پرهای مدل و به کمک دینامیک سیالات محاسباتی شبیهسازی شده است. نتایج حاصل نشان میدهد که مدل پره مثلثی در مقایسه با پره منحنی عملکرد بهتری داشته - بازده بیشتر جداسازی قطرات و افت فشار بیشتر - و کلیه قطرات با قطر 10 میکرومتر موجود در جریان گاز با سرعت 10 متر بر ثانیه را جداسازی مینماید.
در پژوهش حاضر مدل سه بعدی از جریان گاز و قطرات موجود در ورودی رطوبتگیر - خروجی کمپرسورهای صنعتی - به کمک نرمافزارهای دینامیک سیالات محاسباتی - گمبیت، فلوئنت - شبیهسازی و بازده مدل جهت جداسازی قطرات موجود در جریان بررسی می گردد. بدین منظور اثر ابعاد هندسی رطوبتگیر شامل زاویه راس و فاصله بین پرههاشبیهسازی و نتایج آن بررسی میگردد.
در ادامه جهت بررسی عملکرد رطوبت گیرهای منحنی و مثلثی، مدلی هندسی از هر دو نوع در نظر گرفتهشده و بازده خروجی به ازای توانایی میزان جدا نمودن قطرات بر حسب سرعت و تعداد قطرات ورودی بررسی می گردد. ضمنا نتایج نهایی با دادههای تجربی مقایسه گردید. با مقایسه اختلاف دمای ورودی و خروجی بین مدل شبیهسازی شده و مدل واقعی، خطای شبیهسازی قابل قبول می باشد.
مقدمه
یکی از کاربردهای مهم مبدلهای حرارتی، استفاده از آنها بهعنوان خنککن میانی در کمپرسورهای چند مرحلهای می-باشد. در بسیاری از صنایع، کمپرسورها برای تأمین هوای مورد نیاز فرآیند، انتقال گاز، انتقال نیرو، تأمین فشار مورد نیاز مخازن تحت فشار، سیستم تبرید، تزریق گاز به میدانهای نفتی، تجهیزات پنوماتیکی و غیره مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از راههای موثر در جدا نمودن قطرات بخار موجود در جریان گاز استفاده از رطوبتگیرهای پرهای میباشد. این نوع رطوبتگیرها کاربردهای متنوعی را در زمینههای مختلف صنایع نفت، گاز و پتروشیمی دارا میباشند.
رطوبتگیرهای پرهای جهت جداسازی قطرات با قطرهای 10 الی 100 میکرومتر مورد استفاده قرار میگیرند. بازده جداسازی قطرات وابستگی شدیدی به سرعت سیال ورودی به رطوبتگیر و ابعاد هندسی آن دارد. از جمله صنایعی که کمپرسورها نقش عمدهای در آنها دارند، به نیروگاه-ها، صنایع شیمیایی و پتروشیمی بهمنظور جداسازی هوا و تقطیر نیتروژن و اکسیژن، پالایشگاهها، تأسیسات تفکیک و تقطیرگاز، صنایع چوب، کاغذ و سیمان، سرویسهای جانبی کارخانجات و استخراج فلزات و مواد معدنی از معدنها، میتوان اشاره نمود که، شرایط اقتصادی و عملیاتی هر کدام از کاربردهای مذکور بستگی به قابلیت اطمینان و توانایی کمپرسور انتخاب شده خواهد داشت.
بالاترین قابلیت اطمینان و دسترسی به دستگاه، همواره زیربنای برنامههای بهینهسازی طراحی و ساخت تولیدکنندگان شاخص قرار میگیرد. طبق بررسیهای انجام شده، 80 درصد از کلیهی هزینههای مربوط به کمپرسور، از مرحله سرمایهگذاری ابتدایی تا انتهای زمان استفاده از کمپرسور - عمر کمپرسور - ، هزینه مصرف انرژی میباشد. در حالیکه 9 درصد هزینهها، مربوط به سرمایهگذاری اولیه است و یک کمپرسور در طول عمر خود، تقریباً 9 برابر هزینه سرمایهگذاری، انرژی مصرف میکند.
تحقیقات و پژوهشهای پیشین:
جیمز و همکاران [1] یک مدل برای جریان فیلم مایع و جداسازی در رطوبتگیرپرهای ارائه دادند. در این تحقیق دو مدل موجود جدایی فیلم مایع از سطح با ضخامت فیلم مایع کوپل شده اند تا یک روش برای اندازهگیری میزان مایعی که باعث پدیده بازگشت به جریان میشود تهیه گردد. آزو پاردی و همکاران [2] پدیده بازگشت قطرات به جریان را در رطوبتگیرهایپرهای بررسی کردند. در این مقاله مکانیزمهای پدیده بازگشت به جریان شناسایی میشوند و نرخ مرزهای گاز و مایع در یک رطوبتگیرپرهای افقی که پدیده بازگشت به جریان را ایجاد می کند مشخص میگردد.
گالتی و همکاران [3] یک مدل عددی برای حرکت جریان گاز و قطره را در رطوبتگیرپره ای که دارای کانال خروج مایع است ارائه دادند. این مقاله بیان میدارد که مدلهای قدیمی مانند اثر متقابل مدل ادی که در کدهای تجاری استفاده میشوند مقدار دقیق خروج رطوبت را نشان نمیدهد و در بعضی از مواقع بازدهی رطوبتگیر را بیش از صد در صد نشان میدهد. بنابراین یک اصلاح ساده بر روی کد به منظور جایگزینی مدل پراکندگی با مدل متناوب با استفاده از الگوریتم لاگرانژین موجود انجام شد. جیمز و همکاران [4] نقش کانال های خارج کننده مایع در عملکرد رطوبتگیرپرهای بررسی کردند.
در این مقاله مشخص گردید که با افزایش سرعت چه در رطوبتگیرهایپرهای که مجهز به کانال خروج مایع هستند و چه آنهایی که نیستند بازدهی رطوبتگیری افزایش پیدا می کند همچنین نشان می دهد که بازدهی رطوبتگیرهایی که مجهز بهکانالهای خروج مایع هستند بیشتر از رطوبتگیرهایی است که کانال خارج کنندهی مایع ندارند. هدف اصلی این تحقیق بررسی علل انتقال آب از کولرهای میانی به مراحل تراکم کمپرسورهای IAC واحد هوا- ناحیه 1 پتروشیمی فجر و اجرای بهترین راهکارهای عملی و اقتصادی جهت رفع آن می باشد .
با توجه به مشاهده آب در stage های 2 و 3 کمپرسورهای MAC به ویژه با افزایش رطوبت هوا و تغییر شرایط آب و هوا و لذا ایجاد خوردگی و خرابی مکرر ایمپلر و بخشهای مربوط به کمپرسور, این تحقیق از اهمیت بسزائی برخوردار بوده و نتایج آن از هزینه های بسیار خرابی های حاصله و تعمیرات کمپرسورها جلوگیری خواهد نمود. لذا در این تحقیق با مدلسازی نرم افزاری چند هندسه مختلف برای رطوبت گیر - جداساز قطرات - ، طرح بهینه جهت بهترین کارائی و عملکرد مبدل انتخاب می شود.
معادلات حاکم
در این پژوهش از دو مدل اویلر و لاگرانژین جهت شبیه سازی عددی استفاده شده است. فاز قطره بصورت گسسته و هوا بصورت فاز پیوسته در نظر گرفته شده است. جهت شبیه سازی فاز پیوسته از روابط ناویر استوکس استفاده شده است. در معادلات فوق، u ,v , w, Re,P به ترتیب از راست به چپ، فشار، عدد رینولدز، سرعت در جهت z، سرعت در جهتy و سرعت در جهت x میباشند.جهت در نظر گرفتن اثرات مغشوش بودن جریان از مدل NB استفاده شده است.
