Zeitschrift für angewandten Maschinenbau

Abstrakt

Numerische Untersuchung der hydrodynamischen Eigenschaften der Gas-Flüssigkeits-Strömung in vertikalen Rohren

Massoud EZ, Xiao Q, Teamah MA und Saqr KM

Mehrphasenströmungen kommen in vielen Anwendungsbereichen vor, unter anderem in der Nuklear-, Chemie- und Erdölindustrie. Eines der wichtigsten Strömungsregime bei Mehrphasenströmungen ist die Pfropfenströmung, die oft in Öl- und Gasproduktionssystemen auftritt. Die Pfropfenprobleme können zur Überflutung nachgelagerter Verarbeitungsanlagen, schwerer Rohrkorrosion und struktureller Instabilität von Pipelines führen und darüber hinaus zu Strömungsschwankungen im Reservoir und schlechter Reservoirverwaltung führen. In der vorliegenden Studie wird eine numerische Strömungssimulation verwendet, um die Zweiphasenpfropfenströmung in vertikalen Rohren zu untersuchen. Dabei kommt die im kommerziellen Code ANSYS Fluent implementierte Volume-of-Fluid-Methode (VOF) zum Einsatz. Die Viskositäts-, Trägheits- und Grenzflächenkräfte wirken sich erheblich auf die hydrodynamischen Eigenschaften der Zweiphasenpfropfenströmung aus. Diese Kräfte können durch Einführung einer Reihe dimensionsloser Zahlen untersucht werden, nämlich der inversen Viskositätszahl Nf, der Eotvos-Zahl Eo und der Froude-Zahl FrTB. Die Simulation berücksichtigt die hydrodynamischen Eigenschaften der Zweiphasenpfropfenströmung, einschließlich: die Form der Taylor-Blase, das Blasenprofil, die Geschwindigkeit und Dicke des fallenden Films, das Nachlaufströmungsmuster und die Verteilung der Wandschubspannung. Die Ergebnisse der CFD-Simulation stimmen gut mit früheren experimentellen Daten und in der Literatur verfügbaren Modellen überein.