معرفی: لوله ها وسیله ای اقتصادی هستند که تولید (درون thbing و casiog) و انتقال ( توسط خطوط جریان و خطوط لوله) سیالات را در حجم بالا فراهم می کنند.
ساخت و نصب آنها راحت است و دارای طول عمر تقریباً نامحدودی می باشند. به علت پیوسته بودن جریان، حداقل امکانات ذخیره سازی در دو انتهای ( قسمت تولیدی و مصرفی) لازم می باشد. هزینه های عملیاتی بسیار پایین است و جریان در هر شرایطی از آب و هوا با کنترل مناسبی ضمانت شده است ( خط لوله نصب شده معمولاً در دامنه وسیعی از حجم جریان سیال به خوبی عمل می کند).
تلفات جابجایی از قبیل spillage وجود ندارد مگر آنکه لوله ها نشت کنند که به راحتی تشخیص داده می شوند و تعمیر می شوند.
جریان گاز درون سیستم لوله ای شامل جریانهای افقی، شیب دار و عمودی و در انقباض های لوله ای مانند choke ( شیر) جاری می شود.
مبانی جریان گاز:
تمامی معادلات جریان سیالات از یک موازنه انرژی پایه مشتق می شود که برای جریان پایا ( غیر وابسته به زمان) به صورت زیر بیان می شود:
تغییرات انرژی ورودی + تغییرات انرژی جنبشی+ تغییرات انرژی پتانسیل+ کار اعمال شده به روی سیال+ انرژی گرمایی اضافه شده به سیال + کارشافت ( حرکتی) سیال بر محیط= صفر
بنابراین بر روی یک مبنای واحد جرم، موازنه انرژی برای سیال تحت شرایط پایا به صورت زیر نوشته می شود:
که در آن :
U: انرژی درونی v: سرعت سیال Z : ارتفاع از سطح مبدأ
P: فشار V: حجم واحد جرم سیال Q: گرمای اضافه شده به سیال
Ws: کار شافت توسط سیال بر روی محیط g: شتاب جاذبه
gs: ضریب تبدیل وابسته به جرم و وزن
این روابط پایه ای از چندین روش بدست می آیند. معمولاً به موازنه انرژی مکانیکی با استفاده از قوانین مشهور ترمودینامیک برای آنتالپی تبدیل می شوند.
که در آن: =h آنتالپی ویژه سیال =T دما =S آنتروپی ویژه سیال
معادله 1 به صورت زیر در می آید:
برای یک فرایند ایده آل، ds=-dQ/T . از آنجائیکه هیچ فرایندی ایده آل ( یا برگشت پذیر) نیست، ds≥ - dQ/T یا Tds= -dQ+dlw که Lw، افت کار به علت وجود برگشت ناپذیریهای بسیاری از قبیل اصطلاک می باشد. در جایگزینی اخیر معادله 1 به صورت زیر در می آید:
با صرفنظر از کار شافت، و ضرب در دانسیته سیال ρ :
تمام بخش های معادله 3 واحدهای فشار دارند. معادله 3 به صورت زیر نیز می نتواند نوشته شود:
یا
که ΔPf بیانگر افت فشار به علت اصطکاک است و مستقل از شرایط جریان حاکم می باشد، انواع رژیمهای جریان تک فاز و عدد رینولدز:
چهار نوع جریان تک فاز وجود دارد: آرام، بحرانی، انتقالی ( گذرا) و آَشفته ( شکل 1).
رینولدز، بکاربرد تحلیلهای ابعادی را برای پدیده های جریان و نتیجه گیری کرد که رژیم جریان غالب، تابعی از گروه بی بعد زیر که به عدد رینولدز معروف است می باشد.
عدد رینولدز = نیروهای اینرسی تقسیم بر نیروهای ویسکوزیتی = dvρ/µ که در آن =d قطر درونی مجرایی که سیال درون آن جریان دارد.
V= سرعت سیال ρ= دانسیته سیال µ= ویسکوزیته سیال
برای سطح مقطع غیر از دایره ای، یک قطر معادل،de، تعریف شده است به صورت چهار برابر قطر هیدرولیک، Rh، به کار می رود به جایd:
برای مثال، برای یک کانال جریان با سطح
مقطع مربعی ( a×a) :
a2: سطح مقطع جریان =4a محیط تر شده
بنابراین
(6)de=4(a2/4a)a
برای جریان درون یک حلقه casing – Tubing، با پوششی درونی با قطر dci و قطر خارجی لوله برابر با dto:
زبری لوله :
اصطکاک برای جریان درون یک لوله تحت تاثیر زبری دیوار لوله است. هر چند، زبری لوله به راحتی و یا مستقیماً قابل محاسبه نیست و زبری مطلق لوله،Є، به صورت متوسط ارتفاع برجستگی های با اندازه یکنواخت می باشد.
این زبری با استفاده از لوله و در معرض سیال قرار گرفتن آن تغییر می کند. در ابتدا لوله دارای ذرات ریزی است که ممکن است توسط جریان سیال درون لوله برداشته شود. سیال همچنین موجب افزایش زبری با ایجاد ساییدگی و خوردگی در لوله می شود و یا با موادی رسوبی که به دیواره لوله می چسبند. بنابراین تخمین زیری لوله بسیار مشکل است معمولاً، زبری مطلق توسط مقایسه ضریب اصطکاک مشاهده شده با آنچه در نمودار مودی داده می شود تعیین می شود. اگر هیچ اطلاعات زبری موجود نباشد، مقدار = 0.0006 Є اینچ به کار می رود. بعضی از اندازه های رایج زبری در زیر نشان داده شده است. ( هندبوک مهندسی شیمی 1984).
جریان گاز پایا درون لوله ها: 1
محدوده مجاز فشار برای لوله ها: 14
سرعت مجاز جریان در لوله ها: 15
فشار میانگین در یک خط لوله گاز 20
جریانهای تک فازی عمودی و شیب دار گاز: 26
روش دمای میانگین و ضریب Z (Z فاکتور): 30
جریان گاز درون حلقه annulus: 41
محدودیت های محاسباتی جریان عمودی: 43
جریان گاز بر روی زمینهای شیب دار: 44
جریان گاز درون محدود کننده ها: 48
دمای جریان در خطوط لوله ( افقی): 56
شامل 64 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق جریان گاز پایا درون لوله ها
