Oil-Water Annular Flow and Heat Transfer in Horizontal Pipe

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

There is a strong tendency for two immiscible fluids to arrange themselves so that the low-viscosity constituent is in the region of high shear. Therefore, it may be possible to introduce water in oil flow by introducing an amount of water as a lubrication fluid with oil flow in the pipeline. In the present study, an experimental and theoretical investigation has been carried out to study the oil-water flow with and without heat transfer effect in a horizontal pipe. The purpose of this study is to examine the behavior of the simultaneous flow of oil and water in horizontal pipes to understand the flow characteristics and predict important parameters for oil pipeline flow. The flow facility was built to enable visual observations by a high-speed camera, measurements of pressure, temperature, local volume fractions, and velocities in horizontal pipes. Also, the theoretical study was executed using the FLUENT program. Simulation results carried out with the model show more physical predictions with respect to the particle deposition process and concentration profile. The flow patterns were found to depend strongly on the superficial velocities of the two phases. The flow rates of oil and water can be varied individually, producing different flow patterns according to variations in mixture velocity and input water cut. Two main classes of flows are observed: annular and small bubble in some experimental results. The pressure drop experiments showed that the pressure gradient in oil-water flow was more than that of oil-water flow with heat transfer effect. It increases until reaching 60.9 kPa/m for oil velocity equal to 1.77 m/s. Another observation is that the pressure gradients decrease with decreasing oil superficial velocity until reaching 2.54 kPa/m for oil velocity equal to 0.39 m/s. This study presents a classification approach to determine the flow pattern by using visual observations to determine whether the flow is annular or bubble flow, which depends on the velocities and heat transfer effect to obtain annular flow in oil-water. Also, the mean heat transfer coefficient increases with increasing the mixture Reynolds number at the same power load. It increased until reaching the maximum value when the Reynolds number equals 65125 for water superficial velocity equal to 20 l/min and power 12000 watt. It is noted that the mean heat transfer coefficient increased with increasing power until reaching the maximum value at 80.234 kW/m²·K when power equals 12000 watt. The theoretical results represent the pressure gradient distribution, velocities, mean heat transfer coefficient, pressure contours, and velocity vectors. Existing heat-transfer models for wall shear stress and void fractions were tested against the present data for mean heat-transfer coefficient. It was found that the methods with more restrictions give better predictions. Finally, the percentage difference between theoretical and experimental pressure drops is 6%. However, it is observed that there is a clear similarity in pressure drop along the pipe. A comparison of the pressure drop is accomplished with other previous works from the literature, and the present results are in good agreement with the correlation regarding the change in liquid (oil-water) superficial velocity.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

05cbe26f-b540-4dff-93a7-71514c77f7be

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

999325_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

الجريان الحلقي نفط – ماء وانتقال الحرارة في أنبوب أفقي

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"زهراء عامر عودة","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"عصام مجبل عبد","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Oil-Water Annular Flow and Heat Transfer in Horizontal Pipe

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

هناك تركيز في دراسة السوائل غير القابلة للامتزاج مع بعضها البعض وذلك لدراسة لزوجة المنطقة المشتركة بين المائعين. لذلك، هناك إمكانية إدخال الماء في تدفق النفط من خلال إدخال كمية من الماء كسائل تزييتي مع تدفق النفط في خط أنابيب. في هذه الدراسة، تم إجراء التجارب العملية والنظرية لدراسة الجريان ثنائي الطور نفط-ماء مع وبدون تأثير انتقال الحرارة في أنبوب أفقي. الغرض من هذه الأطروحة هو دراسة سلوك جريان النفط والماء في الأنابيب الأفقية لمعرفة خصائص الجريان وتوقع أهم العوامل المؤثرة على التدفق في خط أنابيب النفط. تم بناء منظومة للجريان ثنائي الطور نفط-ماء في أنبوب أفقي لتمكين تسجيل الملاحظات البصرية للجريان بواسطة استخدام كاميرا عالية الدقة، وأجهزة قياس الضغط، ودرجة الحرارة، والكسر الحجمي، وسرعة الجريان، والاضطراب في الأنابيب الأفقية. أيضًا، تمت الدراسة نظريًا باستخدام برنامج (FLUENT) لحل معادلات الجريان وتقديم توقعات أكثر فيزيائية بالنسبة لعملية الانتشار الجزيئي ونسبة التركيز. نماذج الجريان ("نمط الجريان") تعتمد بصورة أساسية على السرعة اللحظية لكلا الطورين. معدلات تدفق النفط والماء يمكن أن تختلف بشكل فردي طبقًا لاختلاف أنماط التدفق وفقًا للتغير في سرعة الخليط ومعدل إدخال الماء. وتمت ملاحظة نوعين من الجريان: جريان حلقي وفي بعض التجارب جريان ذو فقاعات صغيرة. لوحظ اعتماد الضغط ومتوسط معامل انتقال الحرارة على أنماط التدفق. تجارب فرق الضغط تبين أن هبوط الضغط في الجريان ثنائي الطور كان أكثر من جريان النفط ثنائي الطور بتأثير انتقال الحرارة. انحدار الضغط يزداد عند دخول الماء العالي للجريان الأفقي. يزداد الضغط حتى يصل إلى 60.9 kPa/m بسرعة نفط 1.77 m/s. نلاحظ أن هبوط الضغط يبدأ بالنقصان تدريجيًا حتى يصل إلى 2.54 kPa/m بسرعة نفط 0.39 m/s. تقدم هذه الدراسة تصنيفًا لمعرفة نموذج الجريان لتحديد نمط الجريان باستخدام الملاحظات البصرية لتحديد ما إذا كان الجريان (جريان حلقي أو جريان فقاعي)، والذي يعتمد على السرعات وتأثير انتقال الحرارة للحصول على التدفق الحلقي في نفط-ماء. أيضًا، معدل انتقال الحرارة يزداد بزيادة رقم رينولد للخليط عند نفس مقدار الحمل المسلط. لذلك يزداد ليصل إلى أعظم قيمة عندما يكون رقم رينولد للخليط يساوي 65125 عند سرعة ماء تساوي 20 l/min ومعدل قدرة 12000 watt. لذلك نلاحظ زيادة معدل انتقال الحرارة بزيادة القدرة لتصل إلى أقصى قيمة والتي تساوي 80.234 kW/m²·K عند معدل قدرة يصل إلى 12000 watt. النتائج النظرية تمثلت في توزيع هبوط الضغط، السرعات، متوسط معامل انتقال الحرارة، مخطط الضغط، موجه السرعة واتجاه السرعة. تم اختبار قائمة نماذج انتقال الحرارة لإجهاد القص أو الكسر الحجمي ضد البيانات الحالية لمتوسط معامل انتقال الحرارة. وقد تبين أن الأساليب مع المزيد من القيود تعطي تنبؤات أفضل. أخيرًا، نسبة الخطأ تكمن في نقصان معدل الضغط النظري مع النتائج العملية بنسبة 6%. لكن، تم اكتشاف أنه هناك تشابه واضح في انخفاض الضغط على طول الأنبوب نظريًا وعمليًا. وتم إنجاز مقارنة بين هبوط الضغط مع دراسات سابقة لباحثين آخرين. ويمكن ملاحظة أن النتائج الحالية تكون بتوافق جيد مع الارتباط في السلوك ضد كل من التغيير في سرعة المائع اللحظية (نفط-ماء).

كلمات الباحثين

Two-phase flow, Oil-water flow, Horizontal pipe, Heat transfer, Pressure drop, Heat transfer coefficient, Reynolds number, Flow patterns, FLUENT

إشراف وإعداد

الإشراف

عصام مجبل عبد

الإعداد

زهراء عامر عودة

الاقتباسات الببليوغرافية