MODELOWANIE CFD STRUMIENICY

DWUCIECZOWEJ

Cel pracy

Celem pracy było opracowanie modelu CFD strumienicy dwucieczowej zaprojektowanej w Zakładzie Inżynierii Chemicznej Politechniki Wrocławskiej i zbadanie z jego pomocą wpływu parametrów ruchowych i konstrukcyjnych na jej zdolność transportową i dyspersyjną.

Założenia modelu CFD

• Cieczą transportową jest woda, a cieczą transportowaną ropa naftowa

• Strumienicę opisano modelem dwuwymiarowym, osiowosymetrycznym

• W całej strumienicy przyjęto przepływ burzliwy, który obliczano klasycznym modelem k-

• Układ wielofazowy opisano modelem Eulerowsko-Eulerowskim

Modelowana strumienica

Rys. 1 Strumienica zaprojektowana w Zakładzie Inżynierii Chemicznej Politechniki Wrocławskiej do dyspergowania wody i ropy naftowej o wymiarach głównych:

Długość i średnica komory zasysania odpowiednio – 50 mm i 30 mm,

Długość i średnica komory mieszania odpowiednio – 80 mm i 10 mm,

Długość i średnica dyfuzora odpowiednio –115 mm i 30 mm,

Średnica otworów zasysających ciecz transportowaną – 18 mm.

Strumienica posiada możliwość stosowania dysz zasilających o różnych średnicach i regulacji ich głębokości penetracji.

Metodyka badań W trakcie symulacji badano wpływ:• prędkości wypływu wody z dyszy

zasilającej, • głębokości penetracji dyszy zasilającej, • średnicy dyszy zasilającej na współczynnik iniekcji.

Współczynnik iniekcji – stosunek objętościowego natężenia przepływu cieczy transportowanej (ropy naftowej) do objętościowego natężenia przepływu cieczy transportującej (wody)

Rys. 2. Profil ułamka objętościowego wody dla strumienicy o parametrach: średnica dyszy zasilającej 6 mm, odległość dyszy zasilającej od komory mieszania 10 mm, prędkość wypływu wody z dyszy zasilającej 40 m/s.

Rys. 3. Wektory prędkości cieczy przy wylocie z dyszy zasilającej dla strumienicy o parametrach: średnica dyszy zasilającej 6 mm, odległość dyszy zasilającej od komory mieszania 10 mm, prędkość wypływu wody z dyszy zasilającej 40 m/s.

Rys. 4. Rozkład promieniowy ułamka objętościowego wody na wylocie z dyfuzora

dla strumienicy o parametrach: średnica dyszy zasilającej 6 mm, odległość dyszy zasilającej od komory mieszania 10 mm, prędkość

wypływu wody z dyszy zasilającej 40 m/s.

Rys. 5. Zależność współczynnika iniekcji od średnicy dyszy zasilającej

dla strumienicy o parametrach: odległość dyszy zasilającej od komory mieszania 10 mm, prędkość wypływu wody z dyszy zasilającej 40 m/s.

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

2 3 4 5 6 7

średnica dyszy [mm]

ws

pó

łczy

nn

ik in

iek

cji [

-]

Rys. 6. Współczynnik iniekcji w funkcji odległości dyszy zasilającej od wlotu do komory mieszania

dla strumienicy o parametrach: średnica dyszy zasilającej 3 mm, prędkość wypływu wody z dyszy zasilającej 40 m/s.

4.24.25

4.34.35

4.44.45

4.54.55

1 3 5 7 9 11

odległość dyszy zasilającej od wlotu do komory mieszania [mm]

wsp

ółc

zyn

nik

inie

kcji

[-]

Rys. 7. Zależność współczynnika iniekcji od prędkości wypływu wody z dyszy zasilającej

dla strumienicy o parametrach: odległość dyszy zasilającej od komory mieszania 10 mm, średnica dyszy zasilającej 3 mm.

3.9

3.95

44.05

4.1

4.15

4.24.25

4.3

0 10 20 30 40 50

prędkość wypływu wody z dyszy zasilającej [m/s]

wsp

ółc

zyn

nik

inie

kcji

[-]

Wyniki symulacji

• Wraz ze wzrostem prędkości wypływu wody z dyszy zasilającej współczynnik iniekcji znacząco rośnie (rys. 7).

• Wraz ze wzrostem średnicy dyszy zasilającej współczynnik iniekcji znacząco maleje (rys. 5).

• Zaobserwowano niewielki wpływ głębokości penetracji dyszy zasilającej na współczynnik iniekcji (rys. 6).

• We wszystkich przypadkach można zauważyć niepełne wymieszanie obu cieczy na wylocie z dyfuzora (rys. 4).