-
سبد خرید شما خالی است!
سلام ممنون از مطالب مفید سایتتون . موفق باشید
در ادامه مقالات آموزشی رشته مهندسی مکانیک گرایش سیالات و پس از معرفی و آشنایی با روش های مدل سازی جریان چند فازی در این مقاله آموزشی به آشنایی با جریان چند فازی می پردازیم که امیدواریم برای شما دانشجویان کارشناسی ارشد و فارغ التحصیلان رشته مهندسی مکانیک مفید واقع شود .
امروزه جریانهای دو فازی و چند فازی با اهمیتی روز افزون در گسترهی وسیعی از سیستمهای مهندسی شامل طراحی بهینه و اجرای ایمن عملیاتها همراه هستند. البته این به معنی محدود بودن این پدیده به فناوری صنعتی مدرن نیست و جریان های چند فازی را میتوان در سیستمهای بیولوژیکی و پدیدههای طبیعی نیز مشاهده نمود. برخی از مهمترین کاربردهای این نوع جریانها به صورت زیر دسته بندی شده اند:
سیستمهای نیروگاهی: رآکتورهای هسته ای آب تحت فشار، بویلر و اواپراتور نیروگاهها، ژنراتورهای MHD، موتورهای احتراق داخلی، موتورهای جت، موشکهای با پیشرانه جامد یا مایع و غیره.
سیستمهای انتقال حرارت: مبدلهای حرارتی، اواپراتورها، کندانسورها، برجهای خنک کن، خشک کنندهها، سیستمهای سرمایش و غیره.
سیستمهای انتقالی: پمپها، اجکتورها، خطوط لوله انتقال ترکیبات نفت و گاز و غیره.
سیستمهای کنترل محیط: تهویه کنندهها، کولرها، جمع کنندههای ذرات، کنترل کنندههای آلودگی هوا و غیره.
سیستمهای بیولوژیکی: سیستمهای قلبی-عروقی، سیستمهای تنفسی، جریان خون و غیره.
طراحی سیستمهای مهندسی و توانایی محاسبه عملکرد آنها به دادههای آزمایشگاهی در دسترس و مدلهای ریاضی ارائه شده برای توصیف فرآیندهای فیزیکی وابسته است. استخراج معادلات حاکم برای جریان چند فازی به طور قابل ملاحظه ای دشوارتر از جریان تک فازی است. طبیعت پیچیده جریانهای دو فازی یا چند فازی ناشی از سطوح مشترک متعدد، در حال حرکت و تغییر شکل پذیر و همچنین میدان جریان پیچیده نزدیک سطوح مشترک میباشد. لازم به ذکر است که جریان تک فاز بر اساس ساختار جریان به جریانهای آرام، گذرا و آشفته دسته بندی میشود، در حالیکه جریان دو فازی بر مبنای ساختار سطح مشترک به چندین گروه اصلی تقسیم میشود که هر یک از آنها رژیم جریان (Flow regime) یا الگوی جریان )Flow pattern( نامیده میشود.
الگوهای جریان مختلفی که در جریانهای دو فازی مایع – گاز غیر همسو در لولههای عمودی مشاهده میشوند در شکل زیر نشان داده شدهاند. این رژیمها عبارتند از: رژیم لختهای، رژیم متلاطم، رژیم حلقوی و طغیان.
رژیم لختهای: با ترکیب شدن حبابها و تشکیل حبابهای بسیار بزرگ رژیم حبابی به پایان رسیده و رژیم لختهای توسعه مییابد. ویژگی بارز رژیم لختهای، مشاهده تعداد زیادی حباب بزرگ گلوله ای شکل است. فاز گاز در رژیم لختهای به دو صورت مختلف نمایان میشود. حباب های بزرگی که حباب تیلور )Taylor bubble( نامیده میشوند و حبابهای کوچک کروی شکل که به صورت پراکنده در فاز مایع وجود دارند. حباب تیلور تقریبا تمامی مقطع عرضی لوله را در بر گرفته و توسط فیلم کم ضخامتی از دیواره لوله جدا شده و به صورت یکنواخت به سمت بالا حرکت میکند. فاز مایع به دو صورت مشاهده میشود؛ حالت اول به صورت اسلاگ مایع است که بین حبابهای تیلور متوالی قرار گرفته و کل مقطع عرضی لوله را در بر میگیرد و حاوی مقادیری از حبابهای کوچک پراکنده است. حالت دوم بهصورت فیلم مایع که بین حبابهای تیلور و دیواره لوله قرار داشته و به صورت رو به پایین در جریان است.
رژیم متلاطم: در سرعتهای بالاتر فاز گاز، شکستن حبابهای تیلور منجر به تشکیل رژیمی ناپایدار میشود. فاز گاز در این رژیم که متلاطم نامیده میشود، دارای اشکالی نامنظم بوده و حرکت آن با بی نظمی فراوانی همراه است. از شاخصههای این رژیم، میتوان به مشاهده موجهای بزرگ در مسیر حرکت گاز و جریانهای برگشتی نوسانی و پی در پی اشاره نمود.
رژیم حلقوی: رژیم حلقوی در سرعتهای ظاهری بالای گاز ایجاد شده و به شکل حرکت پیوسته و سریعِ فاز گاز بهصورت یک هسته گازی درون لوله که با فیلمی از مایع احاطه شده است، مشاهده میشود. فاز گاز به دو حالت وجود دارد؛ فیلمی مایع که دیواره داخلی لوله را میپوشاند و قطراتی ریز که به صورت پراکنده در فاز گاز قرار میگیرد. سطح مشترک بین دو فاز در جریان حلقوی توسط موجهایی با فرکانس بالا آشفته شده و بهصورت موج دار نمایان میشود.
رژیم طغیان: در رژیم حلقوی، با افزایش سرعت ظاهری فاز گاز، پدیدهای به نام طغیان ایجاد میشود. تحت این شرایط، هوا مانع جریان یافتن آب به سمت پایین لوله میشود. در واقع میتوان طغیان را ناحیه گذار از جریان غیر همسو به جریان همسو رو به بالا در نظر گرفت.
برای مدل سازی جریان های چند فازی از نرم افزار Fluent که از مهم ترین و پرکاربردترین نرم افزار های رشته مهندسی مکانیک در مقطع کارشناسی ارشد می باشد استفاده می شود که برای آشنایی با نرم افزار Fluent و آموزش نصب نرم افزار Fluent می توانید با کلیک بر روی عنوان های زیر به مقاله های مورد نظر هدایت شوید :