Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này đề cập đến việc xác định đầy đủ ba thành phần vận tốc của dòng chảy rối bên trong bộ tách lọc dầu/khí GLCC (Gas-Liquid Cylindrical Cyclone Separator) mà đang được triển khai nghiên cứu ứng dụng tại Việt Nam và nhiều nước trên thế giới.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Phương pháp xác định thành phần vận tốc hướng kính tách dầu/khí (GLCC) phương pháp thực nghiệm kết hợp mô CFD A way to extract a radial velocity component inside GLCC body by using CFD simulation and practical experiment Lê Văn Sỹ1,*, Đặng Thức Văn2 Trường Đại học Dầu Khí Việt Nam (PVU) Tổng cơng ty Tư vấn Thiết kế Dầu khí (PVE) *Email: sylv@pvu.edu.vn Tel: +84-0254 3721 979; Mobile: 0938 198 881 Tóm tắt Từ khóa: Bộ tách dầu/khí, Dịng chảy rối, Dịng đa pha, Động học dòng chảy, GLCC Bài báo đề cập đến việc xác định đầy đủ ba thành phần vận tốc dòng chảy rối bên tách lọc dầu/khí GLCC (Gas-Liquid Cylindrical Cyclone Separator) mà triển khai nghiên cứu ứng dụng Việt Nam nhiều nước giới Thực tế cho thấy, thiết bị đo thông thường xác định thành phần vận tốc dọc trục tiếp tuyến dòng chảy rối Thành phần vận tốc hướng kính tìm cách áp dụng công thức thực nghiệm từ hai thành phần vừa xác định số nghiên cứu gần Để làm việc này, tác giả thực mô CFD tách GLCC so sánh hai thành vận tốc dọc trục vận tốc tiếp tuyến với kết thực nghiệm từ nghiên cứu khác để đánh giá độ xác Thành phần vận tốc hướng kính rút trích đánh giá trực quan từ mô CFD nghiên cứu Ba cấu hình đầu vào khác thiết lập để nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính động học dòng chảy rối GLCC Đây cách xác để xác định thành phần vận tốc hướng kính mà góp phần nâng cao hiệu suất tách pha tách GLCC Abstract Keywords: Separator, Turbulent flow, Multiphase, Hydrodynamic, GLCC Ngày nhận bài: 18/7/2018 Ngày nhận sửa: 13/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 This paper focuses on identifying completely three velocity components of turbulent flow inside GLCC body, which has been developed the applications at Vietnam, and some countries in the world In practical issue, the limitations of conventional measuring devices showed that they only identified the axial and tangential velocity components of turbulent flow Then, a radial velocity component is evaluated by using empirical formula with two measured velocity components as presented in the literature For this work, the authors have investigated the CFD simulation of GLCC separator and have compared with the practical measurement from previous studies of other researchers The radial velocity component is extracted from the CFD simulated model Three different inlet configurations are modeled to investigate their effects on hydrokinetic of turbulent flow inside GLCC body The results showed that there is excellent agreement between the practical measurement and CFD simulation, which can be used to identify the radial velocity component HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 GIỚI THIỆU Nền cơng nghiệp dầu khí Việt Nam nói riêng giới nói chung bước vào giai đoạn khó khăn giá dầu giảm sâu Đối với Việt Nam, việc thăm dị tìm kiếm vỉa chứa dầu khí có trữ lượng lớn vùng nước nơng khơng nhiều phát vài năm gần Việc tiến xa vùng nước sâu gặp nhiều khó khăn chi phí đầu tư biến động trị khu vực biển Đơng Cho nên, việc tiết giảm chi phí đầu tư việc khai thác vỉa chứa có trữ lượng trung bình phát thời gian trước giải pháp hiệu giai đoạn Trong hoạt động khai thác dầu/khí, việc loại bỏ tạp chất dạng rắn, tách nước, khí khỏi dầu thơ để vận chuyển riêng biệt nhiệm vụ quan trọng Việc tách riêng pha giúp cho việc vận chuyển thuận lợi tránh số tượng vận chuyển như: lắng đọng parafin, tạo bọt khí, tạo nhũ tương Tách riêng pha việc làm cần thiết để có dầu thơ thương phẩm thu lượng khí định sử dụng trực tiếp cho việc khai thác dầu Đối với thiết bị tách dầu/khí sử dụng giai đoạn nay, có nhiều dạng bình tách hai pha lỏng/khí đa pha sử dụng trình khai thác dầu khí bình tách hình trụ đứng, bình tách hình trụ ngang, bình tách hình cầu, …vv Nhược điểm bình tách kích thước khối lượng lớn, chi phí đầu tư lớn chiếm diện tích lớn giàn khoan Do đó, việc nghiên cứu thiết bị tách GLCC mang lại hiệu kinh tế lớn phù hợp với điều kiện sản lượng quy mơ mỏ trung bình nhỏ, hoạt động khai thác vùng nước sâu, xa bờ Khả chế tạo sản xuất hàng loạt hồn tồn thực điều kiện Việt Nam với giá thành thấp, không yêu cầu cơng nghệ cao Cửa khí 76,2 317 Ngõ vào Cửa vào 31,75 19,05 Thân 76,2 b) Cửa 88,9 Cửa 102 a) Cửa vào Thân 1613 Cửa thoát lỏng Xoáy Vùng đo LDV 899 Cửa vào Cấu hình Cửa Thân Cấu hình Cửa vào Cấu hình c) Hình Kích thước hình học GLCC cấu hình đầu vào Kouba [1,2,6,7,8,10,11] nhóm nghiên cứu tập đồn dầu khí Chervon đại học Tulsa (Hoa Kỳ) giới thiệu thiết bị tách tích hợp có cấu tạo đơn giản, trọng lượng kích thước nhỏ, khả tách liên tục giai đoạn sơ cấp thứ cấp, đặt giàn biển sâu Thiết bị dựa dịng xốy khí động học ống trụ Thiết bị bao gồm ống đầu vào nghiêng 27 so với phương ngang, hàn theo phương tiếp tuyến với thân thiết bị Thân thiết bị ống trụ, đầu chất lỏng hàn cứng vào thân phía dưới, đầu chất khí hàn phía để khí Do dịng đa pha đưa vào thân tách theo phương tiếp tuyến nên tạo dịng xốy lị xo thân tách Dưới tác HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 dụng lực ly tâm trọng lực, phần tử có khối lượng riêng lớn (dầu, nước, chất rắn) xuống phía dưới, khí nhẹ tập trung phần lõi thân tạo thành cột khí theo cửa phía Hiện tại, thiết bị nghiên cứu nhiều nhóm nghiên cứu nhiều quốc gia đạt nhiều kết quan trọng góp phần thương mại hóa 4500 sản phẩm với nhiều kích thước cấu hình khác Các nhóm nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng đặc tính dịng chảy, hình học đầu vào áp suất tác động bên GLCC [5,10,12]; thực thí nghiệm tìm hiểu tượng chất lỏng lên cửa khí phía [6,9,12]; nghiên cứu ảnh hưởng hình học đầu vào đến đặc tính động học [3,4,5]; mơ CFD động học dịng rối [3,4,7,8]; nghiên cứu hệ thống điều khiển hệ thống GLCC sử dụng Matlab/Simulink cho dạng GLCC có kích thước lớn [6] Đặc biệt, Eerdal [7,8] tiến hành nghiên cứu thực nghiệm thành phần vận tốc dòng đa pha lịng GLCC tiến hành mơ CFD 2D&3D để xem xét ứng xử động học dòng chảy bên GLCC với dòng pha hai pha Do giới hạn công nghệ đo thiết bị máy tính nên nhóm tác giả đo thành phần vận tốc dọc trục vận tốc tiếp tuyến dòng chảy GLCC Thành phần hướng kính tính tốn theo cơng thức thực nghiệm mà thành lập cho việc tính tốn với thiết bị xilo Stairman [1,2] Kết cho giá trị trung bình tương đối thành phần vận tốc hướng kính mà chưa có phân tích ta thay đổi điều kiện đầu vào khác Đối với mô CFD, đa số tác giả giả định điều kiện biên lý tưởng kết cho thấy được hình dạng vận tốc tiếp tuyến dịng chất lỏng GLCC Việc dự đốn động học dịng chảy GLCC mơ CFD 3D với điều kiện biên giống với thí nghiệm thực cịn gặp nhiều khó khăn nhiều lý do: kích thước lớn, dòng chảy phức tạp, khả hội tụ kém, giới hạn nguồn lực máy tính Do đó, nhóm nghiên cứu thường thực mơ mơ hình hai chiều (2D) điều kiện biên đưa lý tưởng để kết hội tụ Việc giả sử trường hợp dẫn đến sai số lớn khó dự đốn dịng chảy rối lõi tâm GLCC [5,7,8] Nghiên cứu tiến hành mơ CFD với mơ hình 3D GLCC với kích thước thực tế khảo sát dạng cửa vào với hình học khác Thơng số đầu vào mơ giá trị thí nghiệm mơ hình thực tế từ thiết bị LVD nghiên cứu [5,7] Kết mô gồm vận tốc tiếp tuyến vận tốc dọc trục so sánh với giá trị đo từ thí nghiệm thực tế ứng với dạng đầu vào Nhiều mô hình dịng chảy rối điều kiện biên khác khảo sát để chọn mơ hình mơ tả kết đo từ thực nghiệm xác làm sở phân tích đặc trưng thành phần vận tốc hướng kính Thơng thường, thành phần vận tốc hướng kính khơng đo thí nghiệm thực tiễn Tuy nhiên, giá trị vận tốc hướng kính thu cách tin cậy từ mơ hình mơ CFD tách GLCC hai thành phần cịn lại có sai số nhỏ so với thực nghiệm Ngồi ra, khó khăn việc quan sát đặc trưng hình học dịng chảy rối lịng tách GLCC mà tác giả khác đề cập [6,7,8] quan sát phân tích kỹ nghiên cứu VẬN TỐC HƯỚNG KÍNH VÀ MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM VÀ MƠ PHỎNG 2.1 Thành phần vận tốc hướng kính Trong nghiên cứu phân tích động học dòng chảy ống thẳng, tác giả trước thường khơng xác định thành phần vận tốc hướng kính thiết bị đo thực tế Thành phần thường xác định tương đối theo hai thành phần lại Chính thế, việc thành lập mơ hình tính tốn động học dịng chảy ống thẳng thường bỏ qua thành phần vận tốc hướng HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 kính Cho đến thời điểm này, chưa có nhóm nghiên cứu đo trực tiếp thành phần vận tốc hướng kính [1,2] Kitoh [12], Algifri [13], Chang [14] thực nghiên cứu dịng chảy xốy rối ống thẳng thiết lập cơng thức tính gần thành phần vận tốc hướng kính theo thành phần vận tốc dọc trục (U) bán kính ống cách sử dụng phương trình liên tục với giả thuyết dịng chảy có tính đối xứng trục sau: =− ( ) (1) Các tác giả kết luận rằng, thành phần vận tốc hướng kính kết biến thiên vận tốc dọc trục mà không phụ thuộc vào số Reynold Độ lớn vận tốc hướng kính tăng theo cường độ xoáy Giá trị cực đại thành phần vận tốc hướng kính lệch phía trục tâm ống trụ vị trí mà thành phần vận tốc tiếp tuyến cực đại Chang [14] kết luận giá trị vận tốc hướng kính khoảng 1,5% giá trị vận tốc dọc trục bỏ qua q trình tính tốn thành lập mơ hình động học dịng chảy ống trụ a) b) Hình Biên dạng thành phần vận tốc hướng kính theo a) Chang [14], b) Algifri [13] Nhóm nghiên cứu đại học Tulsa [1,2,6,7,8,10,11] quan sát thí nghiệm nhận thấy rằng, dịng xốy xuất ảnh hưởng lớn đến việc hội tụ lõi khí tâm GLCC Các bọt khí di chuyển vào tâm ống chất lỏng di chuyển thành ống mà ảnh hưởng đến khả tách GLCC Tuy nhiên tác giả bỏ qua thành phần vận tốc hướng kính q trình phân tích thành lập mơ hình tính tốn động học dịng chảy GLCC Thành phần vận tốc hướng kính chưa đo đạc tính tương đối thông qua hai thành phần vận tốc tiếp tuyến vận tốc dọc trục biểu thức sau: (v') ≈ (u') + (w') (2) Trong nghiên cứu với mục đích tìm hiểu xem có nên loại bỏ thành phần vận tốc hướng kính khỏi tính tốn động học dịng chảy GLCC nghiên cứu trước Hơn nữa, việc tìm hiểu phân bố vận tốc hướng kính GLCC làm rõ nhiều vấn đề có so sánh giá trị cực đại thành phận tốc Mỗi ứng dụng có đặc trưng riêng đặc trưng động học dịng chảy tùy thuộc vào cách ta tạo dạng dịng chảy Các nghiên cứu lý thuyết trước xem xét khía cạnh dịng chảy ống thẳng đặt nằm ngang, giả thuyết HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 dịng chảy có tính đối xứng trục Trong nghiên cứu rút trích liệu từ mô mà hai thành phần vận tốc dọc trục tiếp tuyến kiểm tra xác với kết thực nghiệm 2.2 Thiết bị thí nghiệm thơng số thí nghiệm Erdal [7,8] thực thí nghiệm đo hai thành phần vận tốc dọc trục vận tốc tiếp tuyến dòng chảy lòng thiết bị tách GLCC có kích thước Hình Các thiết bị kết nối theo sơ đồ Hình 3a Nó chia làm cụm: phần cụm đầu vào, phần đo, phần đầu Phần thân GLCC (phần đo) có đường kính 88,9 mm làm từ nhựa PVC suốt gắn thiết bị LDV (Laser Doppler Velocimeter) theo khoảng cách đo từ vị trí cửa vào ( = 317 ; 467 ; 899 ) Hình 1b Có ba dạng cấu hình đầu vào nghiêng 27 khác sử dụng thí nghiệm trình bày Hình 1c: i) dạng thẳng; ii) dạng góc vát; iii) dạng đầu vào Để tạo độ nhớt lưu chất ta sử dụng glycerine trộn với nước theo tỷ lệ khác để có độ nhớt tương tự dầu mỏ từ 1-7.10-3 Pa.s (khối lượng riêng 1093kg/m3) Vận tốc đầu vào dòng đa pha, hệ số Renold thơng số thí nghiệm cho Bảng Bảng Thơng số thí nghiệm STT Cấu hình 1 2 3 Lưu chất Nước/Glycerin Nước Nước Nước Nước Nước Nước Lưu lượng (m3/s) 0,00339 0,00063 0,00454 0,00063 0,00454 0,00063 0,00454 Vận tốc trung bình, Uav (m/s) 0,545 0,102 0,731 0,102 0,731 0,102 0,731 a) Số Reynold 7570 9285 66,855 9285 66855 9285 66855 b) Hình Sơ đồ thí nghiệm mơ hình thí nghiệm 2.3 Mơ hình dịng chảy rối điều kiện biên Đối với tách xilo Stairman, nhiều nhóm nghiên cứu thực mơ động học dịng chảy sử dụng mơ hình - RNG - cho kết tưởng đối xác với thực nghiệm [3,4] Tuy nhiên, mơ động học GLCC cịn nhiều hạn chế có nhiều thách thức nhóm nghiên cứu phức tạp dịng chảy, đặc tính 3D khí động học dịng chảy Đặc trưng dòng chảy GLCC bất đẳng hướng, cường độ rối tùy thuộc vào vận tốc đầu HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 vào dòng chảy thành phần độ nhớt dịng chảy rối âm việc biến đổi động lượng trái dấu với gradient động lượng Cho nên việc lựa chọn mơ hình chảy rối áp dụng cho mơ cần xem xét đến vận tốc dòng chảy sử dụng Erdal [7,8] thực mô trạng thái ổn định dòng chảy GLCC với số Reynold lớn, sử dụng mơ hình tiêu chuẩn - mơ hình RSM (Reynold Stress Model) Fluent Kết cho thấy mô hình - cho kết dự đốn dịng chảy rối so với thực nghiệm tốt so với mơ hình RSM Kết khác so với nghiên cứu trước mơ hình sử dụng mơ xilo Stairman Gupta [11] sử dụng mơ hình RNG - để mơ khí động học dịng chảy GLCC so sánh với liệu đo từ PVT Kết cho thấy kết mô cải thiện đáng kể so với mơ hình tiêu chuẩn - Đối với mô CFD xilo, tác giả thực với mơ hình RNG -, RANS, LES, RSM [5] Các tác giả cho mơ hình - RNG - phù hợp với dịng chảy có cường độ chảy rối nhỏ chúng khơng dự đốn xác dịng chảy rối xảy xilo Các tác giả sử dụng mơ hình RANS LES cho kết dự đốn dịng chảy rối đặc trưng dịng chảy gần tường tương đối xác [5,11] Tuy nhiên, khả hội tụ kết mơ hình tương đối khó thời gian tính toán lớn Trong nghiên cứu trước [3,4] khảo sát tất mơ hình dịng chảy rối có sẵn Fluent cho thấy mơ hình dịng chảy rối RNG - có khả dự đốn thành phần vận tốc phù hợp với thực nghiệm chọn để rút trích thành phần vận tốc a) b) c) Hình Chia lưới mơ hình GLCC với ba cấu hình khác Để thuận tiện đạt chất lượng lưới tối ưu, mơ hình 3D chia thành nhiều phần khác để tạo lưới dạng Hexa (Hình 4) Vùng tiếp nối cửa vào thân GLCC tạo lưới dạng tetra dạng hình học phức tạp Phần tiếp giáp tường chia thành lớp để nghiên cứu ảnh hưởng động học dòng chảy tiếp giáp tường sử dụng điều kiện biên không trượt vùng Ba mức mật độ lưới khác để kiểm chứng mức độ ảnh hưởng lưới đến kết mô Mơ hình với số lượng phần tử 760.000, 1.160.300 1.520.000 phần tử thử nghiệm Sự khác phân bố vận tốc tiếp tuyến mơ hình 1.160.300 1.520.000 phần tử khơng đáng kể Do đó, mơ hình với mật độ lưới tạo 1.160.300 phần tử chọn để mô cho thông số vận tốc độ nhớt khác Chất lỏng GLCC xem dạng không nén đẳng nhiệt Điều kiện biên cửa vào dạng lưu lượng dòng chảy, giá trị tương tự với thí nghiệm thực tế Giá trị lưu lượng Q thiết lập theo giá trị cho Bảng Điều kiện biên cửa khí chất lỏng áp suất khí trời Mơ sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn để rời rạc hóa phương trình vi phân phần Thuật toán áp suất – vận tốc đồng thời chọn q trình mơ với lựa chọn SIMPLE Thuật tốn nội suy ngược bậc hai sử dụng để tìm biến bề mặt thể tích xét HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 2.4 So sánh thực nghiệm mô Sau chạy mô với mơ hình thiết lập với thơng số điều kiện biên phần trên, biên dạng vận tốc dọc trục tiếp tuyến rút trích vị trí = 317 bên cửa vào cho cấu hình Cấu hình trình bày tài liệu [3], cấu hình cấu hình trình bày chi tiết tài liệu [4] Kết cho thấy sai khác thí nghiệm thực tế Erdal mô nghiên cứu có độ xác cao (sai số < 4%) Do đó, thành phần vận tốc hướng kính trích xuất từ mơ hình mơ đủ tin cậy để phân tích đặc tính động học dịng chảy GLCC a) b) Hình So sánh phân bố vận tốc dọc trục (a), tiếp tuyến (b) thực nghiệm mô KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Trường hợp cửa vào (Cấu hình 1) Hình So sánh phân bố vận tốc hướng kính vị trí đo lưu lượng khác Mơ hình mơ thực với kết so sánh biên dạng vận tốc thành phần vận tốc dọc trục thành phần vận tốc tiếp tuyến xác với kết thí nghiệm Điều cho phép rút trích giá trị thành phần vận tốc hướng kính từ mơ hình mơ CFD với độ xác cao Hình trình bày phân bố vận tốc hướng kính theo đường kính GLCC vị trí đo khác bên cửa vào với lưu lượng khác dòng lưu chất đầu vào Quan sát thấy rằng, biên dạng vận tốc phù hợp với biên dạng mà Chang [14] Algifri [13] đưa Thành phần vận tốc hướng kính có giá trị cực đại vị trí gần trục đối xứng GLCC nơi mà giá trị thành phần tiếp tuyến cực đại giá trị giảm dần phía thành tường GLCC có giá trị nhỏ thành tường trục đối xứng Điều phù hợp với quan sát từ thí nghiệm HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 phân tích lý thuyết tâm GLCC xuất dịng chảy ngược lõi khí làm cản trở dịng lưu chất vào phía tâm GLCC, vị trí cực đại ứng với chỗ giao dòng xuống dòng chảy ngược Càng tiến gần tường chịu ảnh hưởng thành phần tiếp tuyến tăng dần thành phần hướng kính giảm dần cường độ Phân bố vận tốc hướng kính có dạng đối xứng qua tâm GLCC trái dấu nhau, tính chất tính chất dịng chảy đầu vào tiếp tuyến với thân GLCC Ở vận tốc dòng lưu chất đầu vào nhỏ (Re = 9285 7570) giá trị thành phần hướng kính đạt trí trị lớn vị trí x = 467 - 868 mm gần cửa vào cửa cường độ giảm dần Tùy thuộc vào vị trí lõi xốy ảnh hưởng nhiễu động đầu vào đầu tạo vùng áp suất âm/dương mà ảnh hưởng đến cường độ thành phần vận tốc hướng kính Càng phía cửa ảnh hưởng thành phần dọc trục lớn ảnh hưởng thành phần tiếp tuyến giảm Độ lớn cực đại thành phần vận tốc hướng kính khoảng 30% so với thành phần vận tốc tiếp tuyến khoảng 50% thành phần vận tốc dọc trục Kết cho thấy thành phần vận tốc hướng kính dự đốn từ mô lớn nhiều so với kết dự đoán theo Erdal [7,8] kết luận nghiên cứu Chang [14], khoảng 1,5% a) b) Hình So sánh biên dạng vận tốc hướng kính (tại x = 757 mm) ứng với giá trị lưu lượng đầu vào khác Kết trình bày Hình 7a so sánh phân bố thành phần vận tốc hướng kính ứng với lưu lượng đầu vào khác (đo vị trí x = 757 mm) Kết cho thấy tăng vận tốc đầu vào cường độ cực đại thành phần vận tốc hướng kính giảm Thực tế cho thấy, tăng vận tốc đầu vào lực ly tâm tăng, lượng chất lỏng đồn trú lòng GLCC tăng cản trở dòng chảy ngược việc hội tụ lõi khí tâm Việc làm giảm cường độ thành phần vận tốc hướng kính 3.2 Trường hợp cửa vào vát (Cấu hình 2) Hình biểu diễn phân bố phân bố thành phần vận tốc hướng kính trường hợp cửa vào bị vát góc Mục đích việc vát góc ổn định dịng vào GLCC theo phương tiếp tuyến với thân GLCC Thành phần vận tốc hướng kính có độ lớn thay đổi theo chiều sâu khác với trường hợp đầu vào thông thường (Cấu hình 1) Kết cho thấy vị trí gần cửa vào thành phần vận tốc hướng kính đạt cực đại giảm nhanh xa cửa vào Độ lớn thành phần vận tốc nhỏ trường hợp Ảnh hưởng lưu lượng dòng chảy đầu vào ảnh hưởng rõ rệt đến độ lớn thành phần vận tốc hướng kính Độ lớn thành phần vận tốc hướng kính 25% thành phần vận tốc tiếp tuyến 35% thành phần vận tốc dọc trục (Hình 8c) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 a) b) c) Hình So sánh phân bố vận tốc hướng kính vị trí đo lưu lượng khác 3.3 Trường hợp hai cửa vào (Cấu hình 3) Hình 10 trình bày phân bố thành phần vận tốc hướng kính vị trí đo lưu lượng khác trường hợp có hai cửa vào đối xứng Phân bố vận tốc hướng kính khác so với hai trường hợp Giá trị cực đại vận tốc hướng kính khơng gần tâm GLCC mà có xu hướng phần trục tâm thành tường GLCC Khác với hai trường hợp trên, lưu lượng tăng giá trị cực đại thành phần vận tốc hướng kính giảm lớn Giá trị vận tốc hướng kính 2,14% vận tốc tiếp tuyến 4,2% so với thành phần vận tốc dọc trục Ở trường hợp hai cửa vào đối xứng có thành vận tốc tiếp tuyến lớn so với hai trường hợp cịn lại mà góp phần làm tăng hội tụ pha nhẹ phần tâm GLCC Nó ảnh hưởng đến dòng chảy ngược mà làm giá trị cực đại thành phần hướng kính giảm lớn trường hợp a) b) c) Hình So sánh phân bố vận tốc hướng kính vị trí đo lưu lượng khác KẾT LUẬN Nghiên cứu trình bày phương pháp rút trích thành phần vận tốc hướng kính đặc trưng động học dịng chảy GLCC với thơng số vận hành khác Mơ hình mơ thiết lập dựa phân tích tỉ mỉ mơ hình chảy rối điều kiện biên ảnh hưởng đảm bảo độ xác kết mơ so với kết thực nghiệm Mơ hình hỗ trợ phân tích động học dịng chảy bên GLCC hiệu suất tách Từ nghiên cứu ta thấy trường hợp cấu hình 2, thành phần vận tốc hướng kính khơng thể bỏ qua q trình thành lập mơ hình tính tốn động học giả sử trước có độ lớn HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 tương đối lớn có ảnh hưởng định đến hiệu tách pha Phương trình (2) mà giả sử tính gần giá trị thành phần vận tốc hướng kính theo hai thành phần cịn lại cho sai lệnh lớn (khoảng 25,2% - 37,6%) so với kết mô CFD từ nghiên cứu Đối với trường hợp hai cửa vào, giá trị thành phần vận tốc hướng kính nhỏ giảm nhanh xa cửa vào, nên bỏ qua trình tính tốn thành lập mơ hình động học dịng chảy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ovadia Shoham, Gene E.Kouba (1998), “State of the art of gas/liquid cylindricalcyclonecompact-separator technology”, SPE, Vol 2-5, 462-471 [2] G E Kouba, O Shoham (1996) “A review of gas-liquid cylindrical cyclone (GLCC) technology” International Conference of Production Separation Systems, Aberdeen, UK [3] Le Van Sy (2017), Influence of Inlet Angle on Flow Pattern and Performance of Gas Liquid Cylindrical Cyclone Separator, Journal Particulate Science and Technology, Vol 35-5, 555-564 [4] Dang Thuc Van, Studying on influence of inlet configuration on hydrokinetic of flow of GLCC separators by FEM, Master Thesis, PetroVietnam University, 2016 [5] Rainier H, Caroline G, Noël M (2011) Numerical investigation of swirling flow in cylindrical cyclones Chemical engineering research and design 89, 2521–2539 [6] L E Gomez, R.S Mohan, Ovadia Shoham, G.E Kouba “Enhanced Mechanistic Model and Field-Application Design of Gas/Liquid Cylindrical Cyclone Separators” SPE, Vol 2-5, 462-471 [7] F M Erdal, S A Shirazi (2002) "Effect of inlet configuration on flow behavior in a cylindrical cyclone separator" ASME 2002 Engineering Technology Conference on Energy, USA, pp 521-529 [8] F M Erdal, S A Shirazi (1997) “CFD Simulation of Single-Phase and Two-Phase Flow in Gas-Liquid Cylindrical Cyclone Separators”, SPE, Vol 2-04, 436 – 446 [9] Marti, S.K et al.: “Analysis of Gas Carry-Under in Gas-Liquid Cyclones,” Proc., Intl Conference on Hydrocyclones, Cambridge, U.K 399 [10] Arpandi, I (1996) “Hydrodynamics of Two-Phase Flow in Gas/Liquid CylindricalCyclone Separators,” SPE, 427-433 [11] A Gupta, R Kumar (2007) “Three-dimensional turbulent swirling flow in a cylinder: Experiments and computations” International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol 28, 249–261 [12] Kitoh, O (1991), Experimental study of turbulent swirling flow in a straight pipe Journal of Fluid Mechanics, Vol 225, 445–479 [13] Algifri, A., Bhardwaj, C., Rao, Y (1988), Turbulence measurements in decaying swirl flow in a pipe Applied Scientific Research Vol 45, 233–235 [14] Chang, F., Dhir, V.K (1994), Turbulent flow field in tangentially injected swirl flows in tubes International Journal of Heat and Fluid Flow Vol 15, 346–356 ... với kết so sánh biên dạng vận tốc thành phần vận tốc dọc trục thành phần vận tốc tiếp tuyến xác với kết thí nghiệm Điều cho phép rút trích giá trị thành phần vận tốc hướng kính từ mơ hình mơ CFD. .. cực đại thành phần vận tốc hướng kính giảm lớn Giá trị vận tốc hướng kính 2,14% vận tốc tiếp tuyến 4,2% so với thành phần vận tốc dọc trục Ở trường hợp hai cửa vào đối xứng có thành vận tốc tiếp... MƠ PHỎNG 2.1 Thành phần vận tốc hướng kính Trong nghiên cứu phân tích động học dòng chảy ống thẳng, tác giả trước thường khơng xác định thành phần vận tốc hướng kính thiết bị đo thực tế Thành phần