پایان نامه با کلید واژگان نرم افزار، شبیه سازی، دانشگاه شیراز

فاقد شن و ضریب 300 را برای گاز همراه با قطرات مایع ارایه دادند، و در سال 1986 سایش چاههای نفت و گاز را اندازه گرفتند و روابط و اطلاعات مفیدی استخراج نمودند[24].
از سال 1986 تا سال 1998 محققین متعددی بر روی پارامترهای مختلف سایش مطالعات چشمگیری را انجام داده و روابط نیمه متمرکزی نیز ارائه دادند. از این محققین میتوان به نام آقایان بورگین82 [5]، ونگ83 [28]، اشاره کرد.
با روی کار آمدن نرم افزارهای شبیه سازی در اوایل قرن 21، موج مطالعات جدید سایش توسط محققین دانشگاه تولسا84 در ایالت اوکلاهامای آمریکا آغاز شد. مطالعات کاملأ جامع و فراگیر، بررسی نتایج شیبه سازی و مقایسه با دادههای آزمایشگاهی، راه اندازی مرکز مطالعات خوردگی و سایش85 در این دانشگاه از سال 2000 به بعد، توجه تمام محققین را به خود جلب نمود. در سال 2004 آقایان شیرازی86[22 و 16] و راسل87 [16] رابطهای را برای تصحیح ضریب C در فرمول API ارائه دادند.
در سال 2006 نرم افزار سنجش سایش با نام (SPPS)88 توسط شیرازی و مک لاری89 [7] ساخته شد. در سال 2008 آقای ژانگ90 [7] و همکارانش با دادههایی که از شبیه سازی CFD بدست آورده بود نرم افزار SPPS را کالیبره نمود. در شکل زیر قسمتی از Set up اندازه گیری سایش در دانشگاه تولسا نشان داده شده است.
شکل (3-1).Set up آزمایشگاهی دانشگاه تولسا [7]
در مطالعات انجام شده توسط محققین نام برده، بیشتر بر روی جریانهای دو فازی و سه فازی که سیال حامل، گاز میباشد کار شده است. به جز در موارد خاصی، سایش جریان مایع مطرح نشده است. چون مدلهای بدست آمده بر اساس پارامترهای مختلف میباشد، لذا این روابط برای جریان مایع نیز قابل تعمیم است. آقایان عظیمیان91 و بارت92 [14] در سال 2013 سایش جریان مایع حاوی ذرات شن را در زانوییها و سهراهیها هم به صورت آزمایشگاهی و هم به صورت شبیه سازی مورد مطالعه قرار داده اند. نتایج بدست آمده از آزمایشات این دو محقق، همخوانی بسیار مناسبی با مدلهای دانشگاه تولسا دارد.
در کشور ایران تا امروز، مطالعات آزمایشگاهی خاصی پیرامون سایش در خطوط لوله و انتقال سیالات صورت نگرفته است. در سال 2014 برای اولین بار در دانشگاه شیراز مطالعه آزمایشگاهی سایش در چاههای گاز مناطق کنگان، آغار و شانول توسط آقای مهندس آریانا و آقایان دکتر اسماعیل زاده و دکتر مولا آغاز شده است. آقایان مهندس محمودی و محمدی رهقی نیز Set up آزمایشگاهی سایش گاز و مایع را در آزمایشگاه دانشگاه شیراز تجهیز نمودند.
در ادامه به مدلهای ارائه شده توسط محققین نام برده پرداخته میشود.
3-4- مدلهای ارائه شده
3-4-1- مدل فینی [23]
ER=A.〖V_P〗^n F(α) (3-1)
در این رابطه ER نرخ سایش شن که بصورت جرم زدوده شده مواد بر حسب کیلوگرم به جرم ماده ساینده بر حسب کیلوگرم بیان می‌شود.
V_P: سرعت برخورد ذرات شن
:A یک ثابت که به جنس ماده‌ای که ساییده می‌شود و دیگر عوامل بستگی دارد.
α: زاویهی برخورد دانههای شن
F(α): تابع زاویهی برخورد که به نوع ماده بستگی دارد و بین صفر و یک قرار دارد.
n: اندیس وابستگی ماده میباشد و عددی بین 2 تا 4 است.
3-4-2- مدل هاسر93 – ورنولد94 [24 و 17]
این دو محقق معادلهی آسیب ناشی از برخورد زیر را ارائه داده‌اند.
ER=m_P.K.〖V_P〗^n F(α) (3-2)
در این رابطه m_P، شدت جریان جرمی ذرات برخوردکننده بر روی یک سطح و K و n ثوابتی هستند که برای مواد فولادی و تیتانیوم و لوله‌های پلاستیکی مقاوم شده با شیشه95 در دسترس هستند.
شکل (3-2) رابطهی زاویه F(α) مورد استفاده توسط دو محقق فوق را نشان می‌دهد. این مدل هم در مدل های CFD و هم تعداد زیادی از مدلهای تجربی مورد استفاده قرار گرفته است. استاندارد DNV-RP-O501 این مدلهای تجربی را جهت محاسبه سایش شن در لوله‌های مستقیم، اطراف مکانهای جوشکاری شده و در زانوییها و کاهنده‌ها بکار می‌برد.
شکل(3-2). تابعیت F(α) از زاویهی برخورد ذرات برای مواد نرم و مواد شکننده[17]
3-4-3- مدل سالاما – ونکاتش [24 و 9]
این دو محقق روشی مشابه با دو محقق قبلی را ارائه دادند. البته این دو محقق مدل خود را براساس این فرض محافظه‌کارانه قرار داده‌اند که تمامی ذرات شن با زاویهی 30 درجه با دیواره داخلی برخورد میکنند.
این تقریب برای جریانات گازی منطقی به نظر میرسد اما اثرات دراگ ذرات را در جریان مایع محاسبه نمی‌کند.
E_r= (S_k. w.V^2)/D^2 (3-3)
E_r: نرخ سایش بر حسب هزارم اینچ در سال
w: نرخ دبی شن بر حسب پوند در روز
V: سرعت سیال بر حسب فوت بر ثانیه
D: قطر لوله بر حسب اینچ
S_k: ثابتی وابسته به هندسه اجزاء که برای زانویی با شعاع کوتاه برابر با 038/0 و برای سه راهی (T شکل) و قطعات L شکل برابر با 019/0 است.
3-4-4- مدل سالاما [19]
سالاما، مدل سالاما- ونکاتش [9] برای سیستمهای گاز- مایع- جامد را مورد تجدید نظر قرار داد و معادلهی جدیدی برای جریان سهفازی به فرم زیر ارائه نمود. در این مدل که با نتایج چاهآزمایی هماهنگی بسیار خوبی دارد سالاما و همکاران در ابتدا بر اساس روابط ساده تکفازی برای جریان گاز در فشارهای پایین مطالعات خود را انجام داده و رابطهای برای میزان سایش ارائه دادند. برخلاف مدلهای قبل، توان سرعت در این رابطه از درجه دو میباشد. در نتیجه نرخ سایش از درجه سوم نسبت به سرعت بدست میآید.
E_P= (〖V_m〗^2. d)/(〖S_P.D〗^2.ρ_m ) (3-4)
در این رابطهE_P نرخ سایش بر حسب میلیمتر بر کیلوگرم،D قطر لوله بر حسب میلیمتر، d قطر ذرات بر حسب میکرون، S_P یک ثابت هندسی و V_m سرعت مخلوط بر حسب متر بر ثانیه که بصورت زیر تعریف می‌شود:
V_m=V_L+V_g (3-5)
در ادامه بررسیها، سالاما و همکاران رابطهای برای بیان نرخ سایش در سیستم SI بدست آوردند که از دقت بالاتری نسبت به مدل رابطهی قبلی برخوردار بوده است. این مدل غالبأ برای زانوییها و خمها استفاده شده است اما برای لولههای مستقیم نیز کاربرد دارد:
ER=37.585 (W 〖V_m〗^2)/(P.D^2 ) (3-6)
دراین رابطه P پارامتر سختی برحسب بار می باشد و برای دانسیتهی شن مقدار 2650 kg⁄m^3 در نظر گرفته شده است. برای محاسبه سرعت سایش برای لوله استیل با مقدار P=〖1/05×10〗^( 4) bar و برای میزان خوردگی مجاز 0/254 mm/year رابطهی زیر بدست آمده است:
V_e= (0.125 D)/√W (3-7)
در جدول زیر میزان خوردگی برای جریانهای گاز، مایع و نفت در سرعتهای مختلف طبق رابطهی سالاما آورده شده است.
جدول (3-1). میزان خوردگی برای جریانهای گاز، مایع و نفت در سرعتهای مختلف[19]
سرعت
m/s
میزان نرخ خوردگی mm/year
گاز
مایع
نفت
0.8
0.81551
0.00098
0.00115
1.6
3.26206
0.00392
0.00461
2.4
7.33963
0.00882
0.01037
3.2
13.0482
0.01568
0.01844
4
20.3879
0.0245
0.02882
4.8
29.3585
0.03527
0.0415
5.6
39.9602
0.04801
0.05648
6.4
52.1929
0.06271
0.07378
7.2
66.0566
0.07937
0.09337
8
81.5514
0.09798
0.11528
8.8
98.6772
0.11856
0.13948
9.6
117.434
0.1411
0.166
10.4
137.822
0.16559
0.19482
11.2
159.841
0.19205
0.22594
12
183.491
0.22046
0.25937
12.8
208.772
0.25084
0.2951
13.6
235.684
0.28317
0.33315
14.4
264.227
0.31747
0.37349
15.2
294.401
0.35372
0.41614
با مقایسهی مقادیر فوق در ستون سوم و چهارم میتوان دید که میزان خوردگی در جریان نفت بیشتر از جریانهای حاوی آب است که این موضوع با مشاهدات میدانی مغایرت دارد. دلیل این موضوع ضعف مدل سالاما در درنظر نگرفتن ویسکوزیته در معادله است. در نمودار زیر این موضوع نشان داده شده است.
شکل (3-3). مقایسهی میزان سایش برای آب و نفت طبق رابطه سالاما[19]
3-4-5- مدل مرکز مطالعات سایش و خوردگی دانشگاه تولسا [24]
بر اساس مقادیر قابل ملاحظه‌ای از کارهای تحقیقاتی بر روی سایش اجزاء لوله، چندین مدل توسط مرکز تحقیقات سایش و خوردگی دانشگاه تولسا (ایالت اوکلاهامای آمریکا) توسعه یافته است. این مدلها با استفاده از مدل آسیب ناشی از برخوردها به شکل زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
E=F_m.F_s.m_P.〖V_P〗^n.F(α) (3-8)
در این معادله ضریب F_m تغییرات در سختی مواد را نشان می‌دهد. آقایان مکلاری و شیرازی برای گستره‌ای از فولادهای مختلف، مقادیر عمومی F_m را به میزان 833/0 تا 267/1 ارائه نموده‌اند. این مقادیر از آزمایشات مربوط به برخورد ذرات با فولاد بدست آمده‌اند. ضریب F_s میزان تیزی ذرات را نشان می‌دهد و به ترتیب دارای مقادیر 1 و 53/0 و 2/0 برای ذرات تیز، نیمگرد96 و ذرات دارای لبه‌های گرد می‌باشد. مقدار 53/0 برای سیستم های تولیدی استفاده می‌شود.
3-4-6- مدل شیرازی و همکاران [24 و 22 و 20]
آقای شیرازی و همکارانش روشی جهت محاسبه نرخهای نفوذ در هندسههای مختلف ارائه نمودند که در آن عبارت زیر جهت محاسبه حداکثر نرخ نفوذ در زانوییهایی از جنس فولاد کربندار استفاده میشود.
h=A.F_s 〖.F〗_P ((q_sd.〖V_P〗^(1.73).ρ_P)/(d_2.B^(0.59) )) (3-9)
در این رابطه h نرخ نفوذ بر حسب میل در سال (mil⁄year )، A ضریبی وابسته به جنس لوله، F_s ضریب تیزی دانههای شن که در جدول زیر داده شده است. F_P ضریب نفوذ (که از دادههای آزمایشگاهی برای زانوییها و سهراهیهای T شکل فولادی بمیزانin/(lb.m) 68/3 بدست آمده است). ρ_P چگالی ذرات جامد، V_P سرعت برخورد ذرات جامد با سطح فلز، و B سختی Brinell فلزات میباشد.
جدول (3-2). ضریب تیزی دانههای شن[24 و 15]
شرح
F_s
گوشه دار با گوشههای تیز
با لبههای نیم گرد
لبه گرد، بسترهای کروی شیشهای
1
53.0
2.0
3-4-7- مدل فیزیکی [5]
به کمک مشاهدات انجام گرفته توسط بورگین میتوان ثابتهای معادلهی فوق را با یک ثابت برای رابطه سایش فیزیکی جایگزین کرد. در مدل ارائه شده توسط فینی و بیتر میزان فلز جدا شده از سطح dh/dt A_(IMPACT ) با توان دوم سرعت ذرات و به صورت خطی با جرم ذرات تغییر میکند. با فرض اینکه ذرات به صورت یکنواخت و تحت یک زاویهی ثابت با سطح برخورد کنند، می توان رابطه را به فرم زیر نوشت که قبلأ هم توضیح داده شد.
(dh/dt) A_(IMPACT )= k(Q_p ρ_p ) V_SG^2 (3-10)
با جایگزینی سطح مقطع لوله که در معرض برخورد قرار میگیرد مقدار k به فرم زیر بدست می آید :
k= (dh/dt) 1/(〖V_sg〗^2 Q_P ρ_P ).(π 〖(ID)〗^2)/(4 sin(θ))

مطلب مرتبط :   منبع پایان نامه دربارهof، the، and

دیدگاهتان را بنویسید