دانلود ترجمه مقاله بررسی عددی مخلوط میزان نفت خام در یک کانال طولانی – اسپرینگر ۲۰۱۹

دانلود ترجمه مقاله بررسی عددی مخلوط میزان نفت خام در یک کانال طولانی – اسپرینگر ۲۰۱۸:در این کار، ما از یک مدل مخلوط نفت بدون جریان ورودی با مرزهای متحرک استفاده کردیم، تا الگوی ترکیب بچ دو نفت خام امتزاج پذیر با ویسکوزیته ها و تراکم های مختلف را در یک کانال دو بعدی طولانی (۱۰۰ متر) مدلسازی کنیم. رفتار اختلاط نفت خام سبک و سنگین، به صورت عددی و با توجه به عدد رینولدز ۶۳۰۰ و عدد اشمیتس ۱۰۴ بررسی شد. شبیه سازی ها با استفاده از مدل های چندلایه ناپایدار، LES و URANS انجام شد.

مقاله انگلیسی+ترجمه فارسی

فهرست مطالب

چکیده

۱- مقدمه

۲- فرمول مدل

۲-۱- مدل چند لایه ناپایدار

۲-۲- مدل URANS

۲-۳- مدل LES

۲-۴- شرایط مرزی و عددی

۳- نتایج

۴- نتیجه گیری

منابع

چکیده

هدف اصلی این مقاله پیشبینی ترکیب شدن دو نفت امتزاج پذیر متفاوت در یک کانال بسیار طویل است. زمینه این مشکل به ترکیب نفت سنگین و سبک در خطوط لوله مربوط است. در گام اول، یک کانال دو بعدی با نسبت ابعادی ۲۵۰ در نظر گرفته شد. بچ ترکیبی دو نفت خام امتزاج پذیر که دارای دانسیته و ویسکوزیته مختلفی هستند شبیه سازی شد. اینکار با استفاده از مدل چند لایه ناپایدار و نیز مدل RANS ناپایدار موجود در نرم افزار تجاری CFD ANSYS-Fluent انجام شد. به منظور مقایسه، مدل LES برای نسخه ۳D از کانال ۲D استفاده گردید.

ویژگی متمایز این مقاله سیستم مختصات لاگرانژ است که از شرایط مرزی دیواره بدون لغزش استفاده می کند. مدل CFD جهانی نسبت به شرایط تحلیلی کلاسیک اعتبارسنجی شد. بر اساس اعتبار سنجی انجام شده، مطابقت عالی بدست آمد. شبیه سازی برای عدد رینولدز ۶۳۰۰ (که بر اساس خصوصیات نفت خام محاسبه شد) و عدد اشمیت ۱۰۴ انجام شد. نتایج نشان داد، برخلاف مدل RANS ناپایدار، مدل LES و مدل چند لایه ناپایدار دینامیک ترکیب قابل مقایسه ای برای دو نفت مختلف در کانال تولید می کنند.

همچنین آنالیز شبیه سازی نشان داد که برای کانالی با طول ۱۰۰ متر و ارتفاع ۰٫۴ متر، ترکیب شدن کامل دو نفت در طول کانال ۱۰۰ متر اتفاق نمی افتد. در این مقاله نشان دادیم که ناحیه ترکیب شامل سه منطقه ترکیب شدن فرعی است، این مناطق فرعی با استفاده از متوسط نسبت جرمی نفت سنگین در راستای جریان شناسایی شدند. منطقه فرعی اول مربوط به منطقه انتشار جبهه اصلی طول کانال در چندین ارتفاع مختلف است.

مناطق فرعی دوم و سوم، با توجه به ترکیب جریان برشی (جریان شیر) تعیین می شوند، زیرا گرداب های کلوین- هلموتز بین دو نفت در جهت محوری ایجاد شده اند. مشاهده شد که منطقه فرعی سوم در جهت محوری، شیب کسر جرمی نفت سنگین تند تری به نسبت منطقه فرعی دوم دارد، که این شیب مربوط به متوسط نسبت جرمی جریان ۰٫۵ برای نفت سنگین می باشد.

Abstract

The main objective of this work is to predict the mixing of two different miscible oils in a very long channel. The background to this problem relates to the mixing of heavy and light oil in a pipeline. As a first step, a 2D channel with an aspect ratio of 250 is considered. The batch-mixing of two miscible crude oils with different viscosities and densities is modeled using an unsteady laminar model and unsteady RANS model available in the commercial CFD solver ANSYSFluent. For a comparison, a LES model was used for a 3D version of the 2D channel.

The distinguishing feature of this work is the Lagrangian coordinate system utilized to set no-slip wall boundary conditions. The global CFD model has been validated against classical analytical solutions. Excellent agreement has been achieved. Simulations were carried out for a Reynolds number of 6300 (calculated using light oil properties) and a Schmidt number of 104.

The results show that, in contrast to the unsteady RANS model, the LES and unsteady laminar models produce comparable mixing dynamics for two oils in the channel. Analysis of simulations also shows that, for a channel length of 100 m and a height of 0.4 m, the complete mixing of two oils across the channel has not been achieved. We showed that the mixing zone consists of the three different mixing sub-zones, which have been identified using the averaged mass fraction of the heavy oil along the flow direction.

The first sub-zone corresponds to the main front propagation area with a length of several heights of the channel. The second and third sub-zones are characterized by so-called shear-flow-driven mixing due to the Kelvin– Helmholtz vortices occurring between oils in the axial direction. It was observed that the third sub-zone has a steeper mass fraction gradient of the heavy oil in the axial direction in comparison with the second sub-zone, which corresponds to the flow-averaged mass fraction of 0.5 for the heavy oil.

نمونه ترجمه مقاله:

1- مقدمه

ترکیب کردن جریان های دو مایع امتزاج پذیر به دلیل ارتباطی که با کاربرد های عملی پیدا می کند، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. برخی از این کاربرد های عبارتند از: ترکیب مایعات با استفاده از تزریق کننده های مرکزی (کائو و همکاران، 2003)، بهبود خاصیت های ضد رسوب گذاری و تمیز کردن دیواره های لوله (ریگنیر و همکاران، 2007)، انتقال بچ نفت خام که دارای خواص مختلفی است (بچینگ) (اکامبارا و جوشی 2003). در فرایند بچینگ، جایی که نفت خام با کیفیت ها و ویژگی های مختلفی با استفاده از یک لوله انتقال داده می شود، یک ناحیه ترکیبی در فصل مشترک بچ های نفت تشکیل می شود. با افزایش زمان، حجم این ناحیه ترکیبی بیشتر می شود. مهم است که بتوان میزان ترکیب و اندازه ناحیه ترکیب شده را برآورد کرد تا از این طریق حجم نفت سبک با کیفیتی که با نفت سنگین بی کیفیت حین انتقال آلوده می شود را پیشبینی نمود. سرانجام در این پروسه، پرسش عملی این است که در چه جایی باید بچینگ را قطع نمود. برای پاسخ دهی به این پرسش، باید سناریو های مختلفی که در طول بچینگ مشاهده می شوند را بفهمیم. یک سناریو زمانی است که جریان نفت سبک (LO) و نفت سنگین (HO)، آشفته است. در مواردی که حالت جریان آشفته-آشفته وجود دارد، یک ناحیه ترکیبی که بسیار خوب تعریف شده است با دقت بالایی بین بچ ها تولید می شود؛ به عبارتی دیگر می توان گفت اگر ناحیه ترکیبی را به دو قسمت تقسیم کنیم، 50 % از آن نفت خام است. سناریو دیگر حالتی است که در آن به دلیل ویسکوزیته بالای نفت سنگین، جریان آن به صورت چند لایه است ولی جریان نفت سبک از نوع آشفته است (حالت آشفته-چند لایه). زمانی که جریان چند لایه از جریان آشفته پیروی کند، مشکلاتی به وجود می آید. به عبارتی دیگر زمانی که بچ نفت سبک پس از بچ نفت سنگین از داخل لوله یکسانی انتقال داده شود، یک ناحیه ترکیبی پیچیده بین بچ ها ایجاد می شود که در آن یک دنباله بلند از نفت سنگین در داخل نفت سبک قرار می گیرد. در این حالات، تخمین نسبت جرمی فاز در ناحیه ترکیب شده ای که ایجاد می شود بسیار دشوار است. این مقاله بر روی چنین مواردی متمرکز شده است.

در طول چند دهه گذشته تحقیقات مختلفی بر جریان های ناشی از جاذبه و فشار روی دو سیال انجام شده است. برخی از کارها بر تحقیقات آزمایشگاهی یا عددی جریان های امتزاج پذیر ناشی از گرانش متمرکز شده اند (هالز و مگنودت، 2008؛ سیون و همکاران،2004 و 2007). به عنوان مثال سیون و همکاران (2004)، اختلاط شناور دو سیال در لوله ها را به صورت آزمایشگاهی بررسی کردند. آنها زاویه تمایل لوله و اختلاف در دانسیته بین سیال ها را بررسی نمودند. در تحقیق آنها، سیال ها ویسکوزیته مشابهی داشتند. نشان داده شده که ترکیب ناشی از شناوری در لوله های کج شده تفاوت قابل توجهی از لوله های عمودی دارد.