در نمودار ۴‑۲، غلظت فاز جامد را در مقطعی ثابت از لوله (در فاصله ۵/۱ متری از ورودی جریان) در زمان‌های مختلف، تا رسیدن به حالت پایدار با یکدیگر مقایسه می‌کنیم. نمودار ۴‑۲ نیز نشان دهنده این موضوع است که از زمان ۵/۰ ثانیه به بعد که نمودارهای توزیع غلظت کاملاً بر یکدیگر منطبق می‌شوند، به حالت پایدار رسیده‌ایم.
نمودار ۴‑۲ : مقایسه غلظت فاز جامد حاصل از مدلسازی، در مقطعی ثابت از لوله در زمان‌های مختلف
نمودار ۴‑۳، توزیع سرعت را در مقطعی از لوله که در فاصله ۵/۱ متری از ورودی جریان قرار دارد، در زمان‌های ۰۱/۰ ،۱/۰ و ۱ ثانیه پس از برقراری جریان، نشان میدهد.
نمودار ۴‑۳ : توزیع سرعت محوری در زمان‌های ۰۱/۰ ،۱/۰ و ۱ ثانیه پس از برقراری جریان
نمودار ۴‑۳ نشان میدهد که توزیع سرعت در زمان‌های مختلف، تقریباً ثابت باقی می‌ماند و همچنین مقدار سرعت در دیواره‌ها همواره صفر است. با بررسی توزیع سرعت در طول لوله، نتیجه می‌گیریم که توزیع سرعت نسبت به مکان، یعنی میزان فاصله از ورودی لوله، ثابت است، بجز قسمت انتهایی لوله که در اثر آشفتگی جریان و اثرات پایین آمدگی ذرات جامد و سیال در خروجی لوله، پروفیل سرعت تغییر کرده و سرعت ناگهان افزایش می‌یابد.
در این قسمت به بررسی اثر سرعت ورودی جریان، برروی نتایج حاصل از مدلسازی می‌پردازیم. میدانیم ذرات جامد تحت اثر دو دسته نیرو واقع می‌شوند: یک دسته نیروهای گرانشی هستند که تمایل به ته‌نشین نمودن ذرات جامد را دارند و دسته دوم نیروهای پراکنده کننده می‌باشند که تمایل به توزیع یکنواخت ذرات جامد در سطح مقطع لوله را دارند. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان میدهد که در سرعت ورودی متوسط بسیار بالای جریان دو فاز مایع- جامد، ذرات جامد تقریباً بطور متقارن در لوله توزیع می‌گردند. کاهش سرعت متوسط منجر به کاهش نیروهای پراکنده کننده شده و نهایتاً غلظت بیشتر ذرات جامد در کف لوله را سبب می‌شود.
تاکنون مدلسازی را برای جریان با سرعت ورودی ۰.۰۶۱ m/s انجام دادیم. اکنون نتایج حاصل از مدلسازی با بهره گرفتن از دو سرعت ورودی متوسط ۰.۰۶۱ m/s و ۰.۰۲۹ m/s را، با یکدیگر مقایسه می‌کنیم. نمودار ۴‑۴ توزیع غلظت فاز جامد را، در مقطعی به فاصله ۵/۱ متری از ورودی جریان، در دو سرعت ورودی ذکر شده، پس از گذشته ۵/۰ ثانیه از برقراری جریان، با یکدیگر مقایسه می‌کند.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
از مشاهده نمودار ۴‑۴ در می‌یابیم که برای سرعت متوسط کمتر، غلظت جزء جامد ته‌نشین شده در کف لوله افزایش می‌یابد که نشان میدهد کاهش سرعت متوسط منجر به کاهش نیروهای پراکنده کننده شده و نهایتاً غلظت بیشتر ذرات جامد در کف لوله را سبب می‌شود. این توانایی کمتر جریان با سرعت پایین‌تر را در جابجایی ذرات جامد نشان میدهد. کاهش بیشتر سرعت ورودی متوسط سبب می‌شود تا ذرات جامد یک لایه ته‌نشین شده لغزنده را در کف لوله تشکیل دهند، در حالیکه لایه بالایی از یک مخلوط ناهمگن مایع- جامد تشکیل شده است.
نمودار ۴‑۴ : توزیع غلظت فاز جامد حاصل از مدلسازی با بهره گرفتن از دو سرعت ورودی ۰.۰۶۱ m/s و ۰.۰۲۹ m/s
در مقطعی خاص از لوله مقادیر کسر حجمی فاز پراکنده، غلظت فاز پیوسته و غلظت فاز پراکنده مدل سازی را با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار دادیم. دیده می‌شود با توجه که میزان مقادیر پایین است امّا مدل ارائه شده پژوهش به همراه معادلات مفروض دارای دقت بسیار خوبی می‌باشد. در فصل سوم انواع خطاهای شبیه سازی توضیح داده شد و با توجه به دقت همگرایی ۰۱/۰، وجود خطاهای بسیار پایین در نمودار ۴‑۵ تا نمودار ۴‑۷ به خاطر خطاهای اجتناب ناپذیر آزمایشگاهی می‌باشد.
در نمودار ۴‑۷ میزان خطای غلظت فاز پراکنده بسیار پایین تر از مقایسه‌های دیگر است و از آنجایی که دقت فاز جامد(هیدرات) برای ما مهمتر است وجود این درصد خطای پایین اعتبارسنجی پژوهش را بالاتر می برد و صحت کار مشخص می‌شود.
ـــــ.ـــــ Modeling results
ـــــــــــ Experimental results
نمودار ۴‑۵ : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی کسر‌حجمی فاز پراکنده در مقطع پایین لوله
ـــــ.ـــــ Modeling results
ـــــــــــ Experimental results
نمودار ۴‑۶ : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی غلظت فاز پیوسته در مقطع پایین لوله
ـــــ.ـــــ Modeling results
ـــــــــــ Experimental results
نمودار ۴‑۷ : مقایسه نتایج تجربی و مدلسازی غلظت فاز پراکنده در مقطع پایین لوله
از شبیه سازی دقیق نیز می‌توان دید که همواره در کف لوله هیدرات در حال افزایش است و لایه‌های هیدرات از فاز پیوسته گاز جدا می‌شوند و به لایه‌های پایین‌تر می‌آیند. در انتهای لوله افزایش فاز جامد کاملاً مشهود است.
شکل ۴‑۳ : گرافیک و الگوی جریان ته نشین شدن ذرات جامد (هیدرات) در کف لوله
در قطر لوله میزان فاز جامد در چندین نقطه مشخص است. دیده می‌شود که فاز جامد در کف لوله دارای بیشترین کسر خود می‌باشد. در خروجی لوله، تغییرات فشار و سرعت مانع از تشکیل فاز جامد شده و به این خاطر همواره در صنعت نزدیک به انتهای لوله‌ها شاهد حجم بیشتری از هیدرات هستیم.
شکل ۴‑۴ : گرافیک و مقادیری از کسر حجمی فاز جامد دیسپرس شده
از جداره به مرکز و از ابتدا به انتهای لوله با افزایش سرعت همراه هستیم. کف لوله دارای کمترین مقدار سرعت و خروجی لوله دارای بیشترین سرعت خود می‌باشد. در کف دارای پرش‌های سرعت در دو نقطه هستیم که به خاطر کمی بعد از ورودی و کمی قبل از خروجی این پرش‌ها مکان‌های هسته‌زایی ما می‌باشند.
شکل ۴‑۵ : گرافیک پروفایل سرعت و جهت آن درون لوله
فشار در طول لوله به صورت یکنواخت در حال کاهش است. انتهای لوله افت فشار زیادی دیده می‌شود که دلیل بالا بودن فاز جامد در کف را توجیه می‌کند. فشار زیاد یکی از شرایط تشکیل هیدرات است امّا اینجا اثبات می‌شود که افت زیاد و ناگهانی فشار، شرایط تشکیل فاز جامد (هیدرات) را افزایش میدهد. به این خاطر است که در مناطق کوهستانی که تغییرات ارتفاع محسوسی داریم در نواحی پایین دست، فشار یکباره کاهش می‌یابد و در آن قسمت از لوله هیدرات سریعتر تشکیل می‌شود. فشار کل مخلوط در شکل ۴‑۷ نیز در حال کاهش است. در شکل ۴‑۸ دمای مدل در نقاط هسته زدایی به صورت بخشی در حال تغییراست. دمای کف لوله پایین تر از قسمت‌های دیگر بوده و دما در طول لوله همواره در حال کاهش است. اینجا به خوبی کاهش دما یکی از شرایط اصلی تشکیل هیدرات مشاهده می‌شود.
شکل ۴‑۶ : گرافیک پروفایل فشار و میزان آن در نقاطی از لوله (KPa)
شکل ۴‑۷ : گرافیک پروفایل فشار در کل مخلوط و میزان آن در نقاطی از لوله (KPa)
شکل ۴‑۸ : گرافیک پروفایل دما درون لوله (K)
غلظت نیز تغییرات خیلی‌کم و ناچیزی از خود در راستای طول نشان میدهد. در کف لوله دارای بیشترین میزان غلظت جامد هستیم. در بالا نیز این غلظت را داریم امّا در زمان‌های بعدی مشاهده می‌شود که که این غلظت تحت تأثیر نیروی گرانش در لایه‌های مختلفی به کف لوله انتقال پیدا می‌کند.
شکل ۴‑۹ : گرافیک پروفایل غلظت فاز پراکنده درون لوله
هنگامی مخلوط دو سیال درون لوله‌ای جریان می‌یابند به علت تفاوت جرم ویژه و گرانروی، فاز گاز سرعت بیشتری نسبت به فاز دیگر بدست می‌آورد. اصلاح لغزش به علت افتادگی یا کندی فاز مایع نسبت به فاز گاز اطلاق می‌گردد. در شکل ۴‑۱۰ نیز مشاهده می‌شود در مناطقی که هسته زدایی وجود دارد، سرعت لغزش بالاتری داریم که این نشان بر تجمع فاز پراکنده است. در نواحی که لایه‌های جامد در حال پایین آمدن می‌باشند در مرز بیرونی خود دارای لغزش بیشتری هستند که می‌تواند به دلیل مقاومت‌هایی که در مورد آن بحث شد باشد.
شکل ۴‑۱۰ : گرافیک پروفایل سرعت لغزش مخلوط درون لوله
نتایج شبیه سازی در طول لوله در سه مقطع کف،وسط و سقف لوله و دیگر نتایج در راستای قطر لوله در دو مقطع میانی در زمان ابتدایی شروع جریان استخراج شدند و مقادیر آنها به صورت زیر است.
شکل ۴‑۱۱ : مقاطع انتخاب شده برای بررسی پارامترهای مختلف
مقطع بالای لوله (سقف)
مقطع وسط لوله
مقطع پایین لوله (کف)
نمودار ۴‑۸ : تغییرات دما در طول لوله در سه مقطع اصلی
مقطع بالای لوله (سقف)
مقطع وسط لوله
مقطع پایین لوله (کف)
نمودار ۴‑۹ : تغییرات فشار در طول لوله در سه مقطع اصلی
مقطع بالای لوله (سقف)
مقطع وسط لوله
مقطع پایین لوله (کف)
نمودار ۴‑۱۰ : تغییرات کسر حجمی فاز پراکنده در طول لوله در سه مقطع اصلی
مقطع بالای لوله (سقف)
مقطع وسط لوله
مقطع پایین لوله (کف)
نمودار ۴‑۱۱ : تغییرات سرعت مخلوط در طول لوله در سه مقطع اصلی
نتایج شبیه سازی در دو مقطع از لوله با مشخصات شکل ۴‑۱۱ در لحظه اولیه جریان استخراج شدند که مقادیر آنها به صورت زیر است.
