الگوی جریان دوفازی در لوله های افقی

جریان دوفازی به معنای جریان همزمان دو ماده، مثلاً گاز و مایع، در یک لوله است. در لوله های افقی، جریان دوفازی به دلیل تغییرات فشار و گرانش، به صورت غیر یکنواخت رخ می‌دهد. این تغییرات باعث می‌شود که میزان جریان هر دو ماده در نقاط مختلف لوله متفاوت باشد.

برای بررسی الگوی جریان دوفازی در لوله های افقی، ابتدا باید نسبت حجمی هر یک از مواد را محاسبه کنیم. سپس با استفاده از معادلات حفظ جرم و حفظ جریان، می‌توان الگوی جریان را برای هر دو ماده در نقاط مختلف لوله محاسبه کرد.

در این الگو، میزان جریان هر دو ماده در نقاط مختلف لوله تغییر می‌کند و با توجه به نسبت حجمی هر یک، می‌توان نقاطی در لوله را تعیین کرد که ترکیب دقیقی از دو ماده دارند. این نقاط به عنوان نقاط ترکیب، یا interface، شناخته می‌شوند.

بسته به شرایط خاص، الگوی جریان دوفازی ممکن است به صورت توربولانت، یعنی با ایجاد گرداب‌های کوچک در داخل لوله، رخ دهد. این توربولانس باعث افزایش میزان انرژی مصرفی در جریان و کاهش کارایی سیستم می‌شود. برای کاهش توربولانس در جریان دوفازی، می‌توان از روش‌هایی مانند افزودن توپخانه‌ها به لوله و یا استفاده از تراکم دهنده‌ها استفاده کرد.

توربولانس در جریان دوفازی 

توربولانس در جریان دوفازی در هر نوع لوله‌ای، از جمله لوله‌های عمودی و مورد استفاده در صنایع نفت و گاز، ممکن است رخ دهد. در واقع، توربولانس در جریان دوفازی به دلیل عدم یکنواختی جریان و تفاوت در خواص فیزیکی دو ماده مختلف، مانند چگالی و ویسکوزیته، رخ می‌دهد و نه تنها مختص به لوله‌های افقی است.

بسته به شرایط خاص، میزان توربولانس در جریان دوفازی ممکن است متفاوت باشد. به عنوان مثال، در شرایطی که نسبت حجمی دو ماده در جریان دوفازی نزدیک به یک باشد، توربولانس کمتری ایجاد می‌شود. علاوه بر این، وجود مواد شیمیایی و افزودنی‌ها در ماده مایع می‌تواند توربولانس را کاهش دهد. در هر صورت، افزایش میزان توربولانس در جریان دوفازی می‌تواند منجر به افزایش مصرف انرژی و کاهش کارایی سیستم شود.

خرابی و آسیب رساندن توربولانس در جریان دوفازی به لوله ها

 توربولانس در جریان دوفازی می‌تواند باعث خرابی و آسیب به لوله‌ها شود. در جریان دوفازی، توربولانس باعث ایجاد نیروهای دینامیکی بر روی دیواره لوله می‌شود که می‌تواند باعث خرابی و سایش در دیواره لوله شود. این مشکل به خصوص در لوله‌های با کیفیت پایین و با قطر کمتر، مانند لوله‌های استفاده شده در صنایع نفت و گاز، شایع است.

همچنین، در جریان دوفازی با وجود توربولانس، مواد جامد و گاز در جریان مخلوط می‌شوند و می‌توانند باعث انسداد و خرابی لوله شوند. برای کاهش خطرات احتمالی ناشی از توربولانس در جریان دوفازی، می‌توان از روش‌هایی مانند افزودن توپخانه‌ها به لوله، استفاده از تراکم‌دهنده‌ها، استفاده از سیستم‌های تفکیک مواد جامد، و یا کاهش سرعت جریان استفاده کرد.

کاهش سرعت جریان

برای کاهش سرعت جریان در جریان دوفازی، می‌توان از روش‌های مختلف استفاده کرد، از جمله:

۱-افزایش قطر لوله: با افزایش قطر لوله، مساحت تقاطع جریان افزایش می‌یابد و سرعت جریان کاهش می‌یابد.

۲-استفاده از لوله‌های با خمش کم: لوله‌های با خمش کمتر، تنها به میزان کمی از سرعت جریان کاهش می‌دهند، در حالی که لوله‌های با خمش بیشتر می‌توانند سرعت جریان را به شدت کاهش دهند.

۳-استفاده از افزودنی‌ها: افزودنی‌ها مانند توپ‌خانه‌ها و تراکم‌دهنده‌ها، با ایجاد موانع در جریان، باعث کاهش سرعت جریان می‌شوند.

۴-کاهش فشار: با کاهش فشار، سرعت جریان نیز کاهش می‌یابد.

۵-استفاده از شیب: استفاده از شیب در لوله‌ها می‌تواند باعث کاهش سرعت جریان شود.

با ترکیب این روش‌ها و تعدادی دیگر، می‌توان سرعت جریان را در جریان دوفازی کاهش داد. با کاهش سرعت جریان، توربولانس به شدت کاهش می‌یابد و احتمال خرابی و آسیب به لوله‌ها کاهش می‌یابد.

استفاده از لوله های با خمش کم در جریان دوفازی

استفاده از لوله‌های با خمش کم در جریان دوفازی، می‌تواند باعث کاهش توربولانس و افزایش کارایی سیستم شود. لوله‌های با خمش کم، به دلیل کم بودن تعداد خمش‌های لوله، به شدت کاهش مقاومت جریان و کاهش توربولانس در جریان دوفازی کمک می‌کنند. همچنین، این لوله‌ها باعث کاهش سایش و آبشارهای جریان درون لوله می‌شوند که باعث کاهش خطر خرابی و آسیب به لوله می‌شود.

استفاده از لوله‌های با خمش کم در جریان دوفازی به دلیل کم بودن تعداد خمش‌های لوله، باعث کاهش مقاومت جریان و کاهش توربولانس می‌شود. همچنین، این لوله‌ها باعث کاهش سایش و آبشارهای جریان درون لوله می‌شوند که باعث کاهش خطر خرابی و آسیب به لوله می‌شود.

لوله‌های با خمش کم در برخی صنایع نفت و گاز به دلیل این مزیت‌ها، به عنوان یک راه حل موثر برای کاهش توربولانس و افزایش کارایی سیستم شناخته شده‌اند. اما باید توجه داشت که استفاده از لوله‌های با خمش کم در بعضی از شرایط ممکن است باعث افزایش توربولانس و کاهش کارایی سیستم شود، به همین دلیل باید با توجه به شرایط خاص هر صنعت و سیستم، از لوله‌های مناسب استفاده کرد.