مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه سازی رژیم جریان دوفازی اسلاگ در کانال افقی سه‌بعدی به روش حجم سیال

نویسندگان
1 دانشیار دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشگاه تربیت مدرس
3 دانشجوی کارشناسی ارشد
4 دانشجوی دکترا
چکیده
در مقاله حاضر، رژیم جریان دوفازی اسلاگ در کانال افقی با مقطع مستطیلی به روش حجم سیال (VOF)شبیه سازی عددی شده است. معادلات بقای جرم و مومنتم و معادله جابجایی کسر حجمی به همراه معادلات اغتشاشی k-ω SSTدر نرم افزار متن باز اپن‌فوم حل شده است. شبیه‌سازی‌ها مطابق با شرایط آزمایشگاهی در کانال با مقطع مستطیلی انجام شده است. با توجه به نتایج شبیه‌سازی، تشکیل ناپایداری‌ها بر اساس معیار کلوین-هلمهولتز و تشکیل اسلاگ در حل سه بعدی مغشوش دیده می‌شود. در شبیه سازی و آزمایش، ارتفاع فاز مایع در کانال کمی افزایش می‌یابد و به سبب آن شرط ناپایداری کلوین-هلمهولتز ارضا و با رشد ناپایداری‌ها در سطح مشترک، اسلاگ ایجاد می‌شود. با ایجاد اسلاگ و مسدود شدن مقطع کانال توسط فاز مایع، فشار پشت اسلاگ به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. به دلیل گرادیان فشار بزرگتر در ابتدای اسلاگ نسبت به انتهای آن، طول اسلاگ در امتداد کانال افزایش می‌یابد. شبیه‌سازی عددی تحقیق حاضر، قادر به پیش‌بینی صحیح طول اسلاگ مطابق با آزمایش و مکان ایجاد آن با خطای 22% بوده‌است. همچنین در مقایسه با تحقیق دیگران، نتایج عددی کار حاضر نشان‌دهنده بهبود و دقت بالاتر در پیش بینی جریان می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Three Dimensional Simulation of Two-Phase Slug Flow Regime In a Horizontal Channel Using VOF Method

نویسندگان English

mohamadreza ansari 1
Ebrahim Salimi 2
Babak Habibpour 3
Pouyan Adibi 4
1 -
چکیده English

In this article, two-phase slug flow is simulated numerically in a horizontal duct with rectangular cross-section using Volume Of Fluid (VOF) method. Conservation equations of mass, momentum and advection equation are solved in open source OpenFOAM code accompanying k-ω SST turbulence equations. Simulation is conducted based on the experimental results in the duct with rectangular cross-section. The results shows, due to Kelvin-Helmholtz (K-H) instability criteria slug initiation forms in the air-water interface during three dimensional turbulence modeling. Water level was increased slightly at interface in both numerical simulation and experiment. This level increase satisfies the K-H instability to generate a slug at interface. During slug initiation, the pressure behind slug is increased significantly. Big pressure gradient at the beginning of the slug in compare to the end of it causes the slug length to be increased as propagate along the duct. The numerical simulation of present research is capable of predicting the slug length accurately in accordance with experiment; however, the slug position with 22% inaccuracy was obtained. Comparison of the results with the numerical and experimental results of other researchers confirms higher accuracy of flow prediction in the present work.

کلیدواژه‌ها English

Numerical simulation
two-phase flow
Slug regime
VOF method
OpenFoam software