عنوان پایان‌نامه
مطالعه نظری چالشهای موجود در انتقال نفت خام مومدار از طریق خط لوله
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی-ماشینهای آبی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 280258;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67113
- تاریخ دفاع
- ۲۸ بهمن ۱۳۹۳
- دانشجو
- محمدحسین نهاوندیان
- استاد راهنما
- کیوان صادقی
- چکیده
- در انتقال نفت خام مومدار از طریق خط لوله لازم است ویسکوزیته سیال معلوم باشد. از طرف دیگر، با توجه به رفتار تیکسوتروپ نفت خام مومدار، اندازه گیری ویسکوزیته این دسته از سیالات چالش بزرگی به شمار می رود. روش مرسوم برای اندازه گیری ویسکوزیته چنین سیالاتی استفاده از لوله مویین است. با این وصف باید به این نکته اشاره نمود که روش مزبور تا زمانی که جریان از نوع آرام باشد، قابل استفاده است. در نتیجه، لازم است در مورد آرام بودن جریان اطمینان حاصل شود. همانطور که می دانیم جریان آرام در داخل لوله ها در یک عدد رینولدز خاص (که عدد رینولدز بحرانی نام دارد) ناپایدار شده و به جریان درهم تبدیل می گردد. مشاهدات تجربی حاکی از آن است که عدد رینولدز بحرانی در لوله ها بستگی به نوع سیال دارد و از سیالی به سیال دیگر تغییر می¬کند. در مورد سیالات غیرنیوتنی، در گذشته، اثر خواص مختلف غیرنیوتنی همچون ویسکوزیته متغیر، خواص الاستیک، و خواص ویسکوپلاستیک بر روی عدد رینولدز بحرانی بررسی شده ولی تا به امروز در مورد اثر خواص تیکسوتروپ بر روی این عدد رینولدز تحقیق قابل ذکری انجام نشده است. هدف از انجام این پایان نامه بررسی اثر رفتار تیکسوتروپ سیالی همچون نفت خام موم دار بر عدد رینولدز بحرانی آن در جریان داخل لوله است. برای نیل به این هدف ، فرض می کنیم که سیال مورد نظر را با مدل تیکسوتروپیک "مور" پیروی نماید. در مرحله بعد، با حل معادلات حاکم برای این سیال خاص، پروفیل سرعت جریان پایه در حالت دائم بدست آمده است. سپس با اضافه کردن اغتشاشات جزئی از نوع "مودهای نرمال" به حل پایه و خطی سازی معادلات مربوط به اغتشاشات (که دو بعدی فرض شده اند) دستگاه معادله دیفرانسیلی از نوعی مقادیر ویژه برای تحلیل ناپایداری خطی جریان بدست آمد که این دستگاه با استفاده از روش طیفی به صورت عددی حل شد. در نهایت اثر خواص تیکسوتروپ بر عدد رینولدز بحرانی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که رفتار تیکسوتروپ یک سیال (که توسط "زمان طبیعی" مشخص می¬شود) موجب ناپایداری جریان آرام در لوله ها می گردد. برای مثال در عدد تیکسوتروپی 100 و نسبت ویسکوزیته 0.5 عدد رینولدز بحرانی 340 بدست آمد.
- Abstract
- In transmission of waxy crude oil through the pipeline, it is necessary the fluid viscosity be determined. On the other hand, due to the thixotropic behavior of waxy crude oil, viscosity measurement of these fluids is a major challenge. Conventional method for measuring the viscosity of such fluids is using capillary tube. However, it should be mentioned that this method can be used until the flow is laminar. Consequently, it is necessary to ensure that the flow is in laminar phase. Laminar flow in a pipe becomes unstable at a certain Reynolds number (i.e. the critical Reynolds number) and changes to the turbulent flow. Experimental observations shows that the Reynolds number depends on the type of fluid; that is ,It varies from one type of fluid to another one. In the case of non-Newtonian fluids, in the past researches, the effect of properties such as variable viscosity, elastic and visco-plastic properties on the critical Reynolds number have been studied by now. But there is not any significant study on the effect of thixotropic properties on the criticical Reynolds number. The aim of this thesis is to investigate the effect of thixotropic properties on the critical Reynolds number in a pipe. To achieve this goal, has been made of a simple thixotropic fluid model called "Moore" model. In the next step, by solving the governing equations for this particular fluid flow, the basic flow velocity profile at steady state is obtained. Then, by adding a small perturbation of the "normal mode type" to the basic solution, after linearization of the perturbed equations (which are assumed to be two-dimensional), a system of differential equations (an eigenvalue problem) is obtained for linear instability analysis. After that, the spectral method is used solving numerically the effect of thixotropic properties on the critical Reynolds number. The results indicate that the thixotropic behavior of fluid has a destabilizing effect on pipe flow. As an example, at the thixotropy number of 100 and viscosity number of 0.5, the critical Reynolds number obtained about 340. Keywords: Hydrodynamic instability, Thixotropic behaviour, “Moore” model, Critical Reynolds number, Spectral method, Pipe poiseuille flow
