Immiscible liquid-liquid dispersion

Immiscible liquid-liquid dispersion in pipe flow such as that of oil droplets in water is very important in petroleum industries (Angeli, 1996, Angeli and Hewitt, 2000, Parvini et al., 2010). The presence of oil with varying sizes and fractions as the dispersed phase in water significantly affects the and physics of the flow. Therefore, understanding its characteristics (e.g. patterns, drop size distribution, drop coalescence and break-up and phase inversion) and the resulting hydrodynamic properties (e.g. phase hold-up and pressure gradient) can help devising better oil transport methodologies and practices. Various topics associated with dispersed flow in pipes have been the subject of intensive experimental work. These include the effects of viscosity and density of the liquids involved (Charles et al., 1961), droplet size distribution (Angeli and Hewitt, 2000; Lovick and Angeli, 2004a), prediction of pressure gradient (Lovick and Angeli, 2004b), phase inversion (Hu and Angeli, 2006, Piela et al., 2006, 2008), droplet break-up (Kolmogorov, 1949, Hinze, 1955), droplet coalescence (Shinnar, 1961; Howarth, 1964) vertical upward and downward flows (Hu and Angeli, 2006; Lum et al., 2006), horizontal flows (Lovick and Angeli, 2004b, Xu, 2007) and flow involving high viscosity oil (Bannwart et al., 2004; Rodriguez et al., 2011, Wang et al., 2011). Some of the physical aspects inherent to dispersed multi-phase flows that significantly influence the nature of droplet distributions are the inter-phase forces (gravitational, drag, lift, virtual/added mass, Basset, wall lubrication and turbulent dispersion see Jakobsen et al., 1997; Friberg, 1998; womer 2003: Chen et al., 2005). However, in our present work, the เscope is limited to only the study of lift force that is certainly very important in liquid-liquid dispersed flow because it is argued to be primarily responsible for non-homogeneous radial distribution of dispersed phase hold-up (Madhavan 2005). When droplets moves through a non-uniform flow field in a rotational continuous phase, shear-induced lift will act on the droplets, and the effects tend to be more profound with increasing droplet size (Dandy, 1993: Tomiyama, 1998; Moraga et al., 1999). For a rigid sphere, the lift force is a function of its diameter, velocity relative to the surrounding flow, vorticity and lift coefficient its concept has been studied (Eichhorn and small, 1964; Saffman, 1965; Drew and Lahey, 1987, 1990, Auton 1987; Moraga et al., 1999). This lift force formulation is also applicable to the case of liquid-liquid dispersed flow although reports on its inclusion in computational fluid dynamics (CFD) simulations have been Scarce. The most comprehensive studies of liquid-liquid dispersed flow in a vertical pipe by means of CFD simulations using the two-phase Eulerian-Eulerian method (Fluent) were performed by Madhavan (2005) who model the experimental work of Farrar and Bruun (1996), Hamad et al. (2000), Al-Deen and Bruun (1997), Lang (1993) and Vigneaux et al. (1988). The model took into account the combined effect of drag, lift and turbulent dispersion, but focused on the lift and turbulent dispersion. Equivalent droplet diameters of 1-5 mm were used, and constant lift coefficients and the one proposed by Troshko et al. (2001) were considered. As there has been less attention to the modelling of liquid-liquid dispersed flow to study the lift force effects (apart from the work by Madhavan (2005)), the objective of the work presented here is to develop a model that incorporates the shear-lift force into the flow governing equations for the simulation of oil-in-water dispersed flow in pipes. To implement the model, a user-defined function was incorporated in the flow solver Fluent using the Euler-Lagrange scheme. The presentation of the work is as follows. In Section 2, the description of the shear-lift force model is presented. The simulation set-up and assumptions is given in Section 3. The results and analysis of oil-in-water dispersed flow in a vertical pipe (methodology and the study of the effects of the shear-lift force on the pressure gradient and droplet concentration) are presented in Section 4. This is followed by the conclusion

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Immiscible การกระจายของเหลวของเหลวในท่อไหลเช่นหยดน้ำมันในน้ำที่มีความสำคัญมากในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม (Angeli, 1996, Angeli และ Hewitt, 2000, Parvini et al. 2010) การปรากฏตัวของน้ำมันที่มีขนาดแตกต่างกันและเศษส่วนเป็นขั้นตอนการกระจายในน้ำมีผลอย่างมาก และฟิสิกส์ของไหล ดังนั้น เข้าใจลักษณะของ (เช่นลาย หล่นกระจายขนาด ปล่อยกลับหลังและเฟสและ coalescence) และเกิดอุทกพลศาสตร์คุณสมบัติ (เช่นระยะค้างขึ้น และการไล่ระดับความดัน) สามารถช่วยทบทวนวิธีการขนส่งน้ำมันที่ดีขึ้นและปฏิบัติได้ หัวข้อต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการกระจายการไหลในท่อได้รับเรื่องของงานทดลองที่เข้มข้น เหล่านี้รวมถึงผลกระทบของความหนืดและความหนาแน่นของของเหลวที่เกี่ยวข้อง (Charles et al. 1961), กระจายขนาดหยด (Angeli และ Hewitt, 2000 Lovick และ Angeli, 2004a), คาดเดาของดัน (Lovick และ Angeli, 2004b), เฟสกลับ (Hu และ Angeli, 2006, Piela et al. 2006, 2008), หยุดหยดขึ้น (คอลโมโกรอฟ 1949 ไฮนซ์ 1955), หยด coalescence (Shinnar, 1961 Howarth, 1964) แนวตั้งขึ้นและไหลลง (Hu และ Angeli, 2006 หลุม et al. 2006), กระแสแนวนอน (Lovick และ Angeli, 2004b ซู 2007) และกระแสที่เกี่ยวข้องกับน้ำมันความหนืดสูง (Bannwart et al. 2004 เกซ et al. 2011 วัง et al. 2011) ลักษณะทางกายภาพที่อยู่กระจัดกระจายหลายเฟสกระแสที่มีอิทธิพลต่อลักษณะของการกระจายของหยดมากมีระยะห่างระหว่างกองกำลัง (แรงโน้มถ่วง ลาก ยก เสมือน/เพิ่มมวล ไพศาล หล่อลื่นผนัง และปั่นป่วนกระจายดู Jakobsen et al. 1997 Friberg, 1998 womer 2003: Chen et al. 2005) อย่างไรก็ตาม งานปัจจุบัน เscope ได้จำกัดเฉพาะการศึกษาของแรงยกที่เป็นของเหลวของเหลวไหลกระจายแน่นอนสำคัญมาก เพราะมันจะโต้เถียงเป็นหลักรับผิดชอบไม่เหมือนกันการกระจายรัศมีกระจายระยะค้างขึ้น (Madhavan 2005) เมื่อหยดเคลื่อนผ่านเขตไหลไม่สม่ำเสมอในเฟสต่อเนื่องหมุน ลิฟต์เกิดแรงเฉือนจะกระทำการหยด และผลกระทบมักจะลึกซึ้งมากขึ้น ด้วยการเพิ่มขนาดหยด (Dandy, 1993: Tomiyama, 1998 ทองโท et al. 1999) สำหรับทรงกลมแข็ง แรงยกเป็นฟังก์ชั่นของเส้นผ่าศูนย์กลาง ความเร็วสัมพันธ์กับค่าสัมประสิทธิ์การไหล vorticity และลิฟต์โดยรอบแนวคิดได้รับการศึกษา (Eichhorn และขนาดเล็ก 1964 Saffman, 1965 Drew และ Lahey, 1987, 1990, 1987; Auton ทองโท et al. 1999) สูตรนี้แรงยกก็กรณีของของเหลวของเหลวไหลกระจายแม้ว่ารายงานในแบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ได้ Scarce การศึกษาครอบคลุมการไหลกระจายของเหลวของเหลวในท่อในแนวตั้งโดยใช้วิธีการแบบออยเลอร์แบบออยเลอร์ two-phase (Fluent) จำลอง CFD ได้ดำเนินการ โดย Madhavan (2005) ที่รุ่นงานทดลอง Farrar Bruun (1996), ฮา et al. (2000), อัลน้ำมัน และ Bruun (1997), ทองหลาง (1993) และ Vigneaux et al. (1988) แบบคำนึงถึงผลรวมของการลาก ลิฟต์ และกระจายปั่นป่วน แต่เน้นยกและกระจายปั่นป่วน ใช้หยดเท่ากับเส้นผ่าศูนย์กลาง 1-5 มม. และพิจารณาว่าลิฟต์คงสัมประสิทธิ์และหนึ่งที่เสนอโดย Troshko et al. (2001) ตามที่มีได้รับความสนใจน้อยกว่าการสร้างแบบจำลองเพื่อศึกษาลิฟท์ไหลกระจายของเหลวของเหลวบังคับผล (นอกเหนือจากการทำงานโดย Madhavan (2005)), วัตถุประสงค์ของงานนำเสนอที่นี่คือ การพัฒนาแบบจำลองที่ครอบคลุมแรงเฉือนยกสู่ว่าด้วยสมการสำหรับการจำลองของน้ำมันในน้ำ กระจายไหลในท่อ การใช้รูปแบบ ผู้ใช้กำหนดฟังก์ชันถูกรวมอยู่ใน solver ไหล Fluent โดยใช้แบบออยเลอร์ Lagrange งานนำเสนอของงานจะเป็นดังนี้ คำอธิบายของแบบจำลองแรงยกแรงเฉือนจะนำเสนอในส่วนที่ 2 จำลองการตั้งค่าและข้อสมมติฐานที่ถูกกำหนดในส่วนที่ 3 ในส่วนที่ 4 แสดงผลลัพธ์และการวิเคราะห์ของไหลกระจายในน้ำน้ำมันในท่อในแนวตั้ง (วิธีการและการศึกษาผลกระทบของแรงเฉือนยกดันหยดและไล่ระดับความเข้มข้น) นี่คือตาม ด้วยข้อสรุป

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แปรกระจายของเหลวของเหลวในท่อไหลเช่นว่าน้ำมันหยดในน้ำเป็นสิ่งสำคัญมากในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม (แองเจลี, ปี 1996 และแองเจลีเฮวิตต์, 2000, Parvini et al., 2010) การปรากฏตัวของน้ำมันที่มีขนาดแตกต่างกันและเศษส่วนเป็นขั้นตอนการกระจายตัวในน้ำอย่างมีนัยสำคัญส่งผลกระทบต่อและฟิสิกส์ของการไหล ดังนั้นการทำความเข้าใจลักษณะของ (รูปแบบเช่นการกระจายขนาดลดลงลดลงรวมกันและทำลายขึ้นและเฟสผกผัน) และส่งผลให้คุณสมบัติอุทกพลศาสตร์ (เช่นขั้นตอนการระงับการขึ้นและแรงกดดันทางลาด) สามารถช่วยการณ์วิธีการขนส่งน้ำมันที่ดีขึ้นและการปฏิบัติ หัวข้อต่างๆที่เกี่ยวข้องกับการไหลกระจายตัวในท่อได้รับเรื่องของการทำงานการทดลองอย่างเข้มข้น เหล่านี้รวมถึงผลกระทบของความหนืดและความหนาแน่นของของเหลวที่เกี่ยวข้องกับการกระจายขนาดหยด (ชาร์ลส์ et al, 1961). (แองเจลีและเฮวิตต์ 2000 Lovick และแองเจลี, 2004a) การคาดการณ์ของการไล่ระดับความดัน (Lovick และแองเจลี 2004b) ขั้นตอนการผกผัน (Hu และแองเจลี 2006 Piela et al, 2006, 2008.) หยด Break-Up (Kolmogorov 1949 Hinze, 1955) หยดเชื่อมต่อกัน (Shinnar 1961; Howarth, 1964) กระแสขึ้นและลงในแนวตั้ง ( Hu และแองเจลี 2006; ลุม et al, 2006) กระแสแนวนอน (Lovick และแองเจลี 2004b เสี่ยว, 2007) และการไหลที่เกี่ยวข้องกับน้ำมันความหนืดสูง (Bannwart et al, 2004;... Rodriguez et al, 2011 วัง et al. 2011) บางส่วนของลักษณะทางกายภาพโดยธรรมชาติเพื่อแยกย้ายกันกระแสหลายเฟสที่มีนัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อลักษณะของการกระจายหยดเป็นกองกำลังระหว่างเฟส (แรงโน้มถ่วงลากยกเสมือน / เพิ่มมวล Basset หล่อลื่นผนังและการกระจายป่วนดู Jakobsen et al, , 1997; ไฟร์เบิร์ก 1998; womer 2003:. เฉิน, et al, 2005) อย่างไรก็ตามในการทำงานในปัจจุบันของเราที่เขอบเขต จำกัด เพียงการศึกษาของแรงยกที่แน่นอนสิ่งที่สำคัญมากในของเหลวของเหลวแยกย้ายกันไปไหลเพราะมันเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าจะเป็นหลักรับผิดชอบในการกระจายรัศมีที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันของขั้นตอนการกระจายตัวถือขึ้น (ธา 2005) เมื่อหยดเคลื่อนผ่านสนามการไหลไม่สม่ำเสมอในระยะอย่างต่อเนื่องในการหมุนยกเฉือนที่เกิดขึ้นจะทำหน้าที่ในหยดน้ำและผลกระทบมีแนวโน้มที่จะลึกซึ้งมากขึ้นด้วยการเพิ่มขนาดหยด (Dandy 1993: Tomiyama 1998; Moraga et al, ., 1999) สำหรับทรงกลมแข็งแรงยกเป็นหน้าที่ของเส้นผ่าศูนย์กลางของความเร็วเทียบกับรอบการไหล vorticity และค่าสัมประสิทธิ์ยกแนวคิดที่ได้รับการศึกษา (Eichhorn และขนาดเล็ก 1964; Saffman 1965; Drew และ Lahey 1987 1990 Auton 1987. Moraga, et al, 1999) สูตรแรงยกนี้ยังเป็นที่ใช้บังคับกับกรณีของของเหลวของเหลวกระจายไหลแม้ว่ารายงานเกี่ยวกับการรวมในการคำนวณพลศาสตร์ของไหล (CFD) จำลองได้รับการขาดแคลน การศึกษาที่ครอบคลุมมากที่สุดของของเหลวของเหลวแยกย้ายกันไปไหลในท่อแนวตั้งโดยใช้วิธีการจำลอง CFD ใช้สองเฟส Eulerian-Eulerian วิธี (ปานกลาง) ได้ดำเนินการโดยธา (2005) ที่จำลองการทดลองของฟาร์ราและ Bruun (1996) , ฮาหมัดอัลเอต (2000), อัลกามัลดีและ Bruun (1997), หรั่ง (1993) และ Vigneaux et al, (1988) รูปแบบที่เอาเข้าบัญชีผลรวมของลากลิฟท์และการกระจายป่วน แต่มุ่งเน้นไปที่ลิฟท์และการกระจายป่วน หยดเทียบเท่าขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1-5 มมถูกนำมาใช้และค่าสัมประสิทธิ์ลิฟท์อย่างต่อเนื่องและเป็นหนึ่งที่เสนอโดย Troshko et al, (2001) ได้รับการพิจารณา ในฐานะที่มีได้รับความสนใจน้อยลงในการสร้างแบบจำลองของของเหลวของเหลวกระจายการไหลเพื่อศึกษาผลบังคับใช้ลิฟท์ (นอกเหนือจากการทำงานโดยธา (2005)) วัตถุประสงค์ของการทำงานที่นำเสนอนี้คือการพัฒนารูปแบบที่ประกอบด้วย shear- ที่ แรงยกเป็นกระแสว่าสมการสำหรับการจำลองการไหลของน้ำมันในน้ำแยกย้ายกันไปในท่อ ที่จะใช้รูปแบบฟังก์ชั่นที่ผู้ใช้กำหนดถูกรวมอยู่ในการไหลคล่องแคล่วแก้โดยใช้รูปแบบการออยเลอร์-Lagrange การนำเสนอของการทำงานจะเป็นดังนี้ ในส่วนที่ 2, รายละเอียดของรูปแบบแรงเฉือน-Lift ที่จะนำเสนอ การจำลองการตั้งค่าและการตั้งสมมติฐานไว้ในมาตรา 3 ให้ผลและการวิเคราะห์ของน้ำมันในน้ำไหลแยกย้ายกันไปในท่อแนวตั้ง (วิธีการและการศึกษาผลกระทบของแรงเฉือน-Lift ในการไล่ระดับความดันและความเข้มข้นหยดที่ ) ถูกแสดงไว้ในมาตรา 4 นี้จะตามด้วยข้อสรุป

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การแยกเฟสของเหลวกับของเหลวในท่อไหล เช่น น้ำมันหยดในน้ำมีความสำคัญมากในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม ( แองเจลลี่ ปี 1996 และ แองเจลลี่ เฮวิตต์ , 2000 , parvini et al . , 2010 ) การปรากฏตัวของน้ำมันที่มีขนาดที่แตกต่างและเศษส่วนเป็นวัฎภาคกระจายตัวในน้ำอย่างมีนัยสำคัญส่งผลกระทบต่อและฟิสิกส์ของการไหล ดังนั้น ความเข้าใจลักษณะของมัน ( เช่นรูปแบบการกระจายขนาดหยดลงและขึ้น และการรวมตัวเฟส ) และส่งผลให้ดัชนีคุณสมบัติ ( เช่นระยะที่ถือขึ้นและความดันการไล่ระดับสี ) ช่วยคิดวิธีการที่น้ำมัน การขนส่งที่ดีและการปฏิบัติ หัวข้อต่างๆที่เกี่ยวข้องกับการกระจายการไหลในท่อได้รับเรื่องของงานทดลองที่เข้มข้น เหล่านี้รวมถึงผลของความหนืดและความหนาแน่นของของเหลวที่เกี่ยวข้อง ( ชาร์ลส์ et al . , 1961 ) , การกระจายขนาดหยด ( แองเจลลี่ และ เฮวิตต์ , 2000 ; lovick แองเจลลี่ และ 2004a , ) , ทำนาย ( lovick ไล่ระดับความดัน และ แองเจลลี่ 2004b ผกผัน , ) , ( หู ) และ แองเจลลี่ จำกัด piela et al . , 2006 , 2008 ) , เลิกหยด ( แอนเดอร์สัน ไฮนตซ์ 1949 1955 ) , การรวมตัวหยด ( shinnar 1961 ; โฮวาร์ต , 1964 ) และแนวตั้ง ( ขึ้นและลงและไหล่นเจลี , 2006 ; ลำ et al . , 2006 ) ที่ไหลในแนวนอน ( lovick แองเจลลี่ และ 2004b , ซู , 2007 ) และการไหลของ เกี่ยวข้องกับ น้ำมันหล่อลื่นความหนืดสูง ( บานน์วาร์ท et al . , 2004 ; Rodriguez et al . , 2011 , Wang et al . , 2011 ) บางส่วนของลักษณะทางกายภาพในการกระจาย multi-phase กระแสที่มีอิทธิพลต่อลักษณะของการแจกแจงหยดเป็นอินเตอร์เฟส ( แรงโน้มถ่วง ลาก ยก เสมือน / เพิ่มมวล , เร็ว , ผนังหล่อลื่นและป่วนกระจายเห็นจาคอบเซ่น et al . , 1997 ; friberg , 1998 ; womer 2003 : Chen et al . , 2005 ) . อย่างไรก็ตาม งานวิจัยของเรา จะได้ขอบเขตเพียงศึกษาแรงยกที่แน่นอนที่สำคัญมากในการไหลของของเหลว - ของเหลวกระจายเพราะมันเถียงกันเป็นหลักรับผิดชอบในการกระจายรัศมี non-homogeneous กระจายระยะยก ( มาธาวัน ปี 2005 ) เมื่อหยดย้ายผ่านสนามการไหลไม่สม่ำเสมอในการหมุนอย่างต่อเนื่องระยะ เฉือนการยกจะทำหยดและผลมีแนวโน้มที่จะลึกซึ้งมากขึ้นกับการเพิ่มขนาดหยด ( รวย , 1993 : tomiyama , 1998 ; Moraga et al . , 1999 ) สำหรับลิฟท์ทรงกลมแข็งแรงเป็นฟังก์ชันของเส้นผ่าศูนย์กลาง ความเร็วสัมพัทธ์กับการไหลโดยรอบ และ vorticity สัมประสิทธิ์แรงยกของแนวคิดได้ศึกษา ( ไอก์เฮิร์นและขนาดเล็ก , 1964 ; saffman , 1965 ; วาด และ เลฮีย์ , 1987 , 1990 , ออเติ้น 1987 ; Moraga et al . , 1999 ) นี้บังคับให้ยกสูตรจะยังสามารถใช้ได้กับกรณีของของเหลว - ของเหลวกระจายไหลแม้ว่ารายงานรวมในการคำนวณพลศาสตร์ของไหล ( CFD ) จำลองได้ยาก การศึกษาครอบคลุมมากที่สุดของของเหลว - ของเหลวกระจายการไหลในท่อแนวตั้งโดยการใช้ CFD การจำลองแบบออยเลอร์วิธีออยเลอร์ ( คล่อง ) แสดงโดยมาธาวาน ( 2005 ) ที่แบบงานทดลองของ ฟาร์ราร์ และ bruun ( 1996 ) , Hamad et al . ( 2000 ) , อัล ดีน และ bruun ( 1997 ) , ล่าง ( 1993 ) และ vigneaux et al . ( 1988 ) แบบเอาเข้าบัญชี ผลรวมของ ลาก ยกและป่วนกระจาย แต่เน้นการยก และป่วนกระจาย เทียบเท่าขนาดของหยด 1-5 มม. ใช้ค่าสัมประสิทธิ์ยกคงที่และหนึ่งที่เสนอโดย troshko et al . ( 2001 ) ได้พิจารณา ในขณะที่มีความสนใจน้อยในแบบจำลองของการไหลของของเหลว - ของเหลวกระจายการศึกษายกบังคับผล ( นอกเหนือจากงานมาธาวาน ( 2005 ) , วัตถุประสงค์ของงานนำเสนอนี้คือการพัฒนาแบบจำลองที่ประกอบด้วยแรงเฉือนยกในการไหลสมการควบคุมสำหรับการจำลองการกระจายการไหลของน้ำมันในน้ำท่อ ใช้แบบที่ผู้ใช้กำหนดเองฟังก์ชันถูกรวมอยู่ในการไหลคล่อง แก้โดยใช้ Lagrange ) โครงการ การนำเสนอของงานมีดังนี้ ในส่วนที่ 2 รายละเอียดของแรงเฉือนแบบยกคือแสดง การตั้งค่าและสมมติฐานคือที่ระบุในมาตรา 3 ผลและการวิเคราะห์น้ำมันในน้ำกระจายการไหลในท่อแนวตั้ง ( วิธีการ และศึกษาผลของแรงเฉือน ลิฟท์ กดดันไล่ระดับความเข้มข้นและ droplet ) จะถูกนำเสนอในส่วนที่ 4 นี้จะตามด้วยบทสรุป