بررسی آزمایشگاهی بهسازی جریان درهم آب در لوله‌ها با استفاده از محلول‌های پلیمری

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه رازی، کرمانشاه

2 عضو هیات علمی/ دانشکده مهندسی نفت و پتروشیمی دانشگاه رازی کرمانشاه / ایران

3 عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت دانشگاه رازی کرمانشاه

چکیده

استفاده از غلظت‌های کم عوامل کاهنده‌ی درگ نقش مهمی در کاهش تلفات انرژی در خطوط لوله جریان درهم دارد. این مواد با اثرگذاری بر ساختار جریان درهم و بهسازی پروفایل‌های سرعت موجب کاهش اصطکاک فشاری جریان درهم می‌شوند. در این مقاله اثر افزودن غلظت‌های مختلف دو کوپلیمر تجاری از پلی آکریل آمید با جرمهای مولکولی مختلف بر کاهش افت فشار جریان درهم آب در خط لوله بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که استفاده از این کوپلیمرها به شکل قابل توجهی باعث کاهش افت فشار جریان درهم در طول دو ساعت انجام آزمایش می‌شود. افزودن ppm30 از پلیمر سنگین‌تر به جریان درهم 54% کاهش افت فشار بدون تخریب زنجیره‌ی پلیمر را به همراه دارد. همچنین در این پژوهش تأثیر این عوامل بر پروفایل‌های سرعت جریان درهم با سرعت سنج داپلری لیزری بررسی شده است. بر اساس نتایج این پژوهش، در اثر افزودن عامل کاهنده‌ی دراگ پروفایل سرعت از حالت تخت به حالت سهمی‌گون تمایل پیدا می‌کند، همچنین منحنی‌های تنش رینولدز به شکل قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند. در همه‌ی موارد اثر پلیمر با جرم مولکولی بالاتر بر روی پروفایل سرعت جریان درهم مطلوب‌تر از پلیمر دیگر ارزیابی می‌شود.

کلیدواژه‌ها


Bizotto, V. C. Sabadini, E. (2008). "Poly(ethylene oxide) × polyacrylamide. Which one is more efficient to promote drag reduction in aqueous solution and less degradable?", J. Appl. Polym. Sci., 110(3), pp. 1844-1850.

Blatch, N. S. (1906). "Water Filtration at Washington", Trans. A.S.C.E, 57, pp. 400-408.

Boutoudj, M. S. Ouibrahim, A. Barbeu, F. Deslouis, C. Martemianov, S. (2008). "Local shear stress measurements with microelectrodes in turbulent flow of drag reducing surfactant solutions", Chem. Eng. Process., 47(5), pp. 793-798.

Choi, H. J. Kim, C. A. Sohn, J.-I. Jhon, M. S. (2000). "An exponential decay function for polymer degradation in turbulent drag reduction", Polym. Degrad. Stab., 69(3), pp. 341-346.

De Gennes, P. (1986). "Towards a scaling theory of drag reduction", Physica A, 140(1-2), pp. 9-25.

Edomwonyi-Otu, L. Chinaud, M. Angeli, P. (2015). "Effect of drag reducing polymer on horizontal liquid–liquid flows", Exp. Therm Fluid Sci., 64, pp. 164-174.

Eshrati, M. Al-Hashmi, A. Al-Wahaibi, T. Al-Wahaibi, Y. Al-Ajmi, A. Abubakar, A. (2015). "Drag reduction using high molecular weight polyacrylamides during multiphase flow of oil and water: a parametric study", J. Pet. Sci. Eng., 135, pp. 403-409.

Guan, X.-L. Yao, S.-Y. Jiang, N. (2013). "A study on coherent structures and drag-reduction in the wall turbulence with polymer additives by TRPIV", Acta Mech. Sin., 29(4), pp. 485-493.

Hong, C. H. Choi, H. J. Zhang, K. Renou, F. Grisel, M. (2015). "Effect of salt on turbulent drag reduction of xanthan gum", Carbohydr. Polym., 121, pp. 342-347.

Japper-Jaafar, A. Escudier, M. P. Poole, R. J. (2009). "Turbulent pipe flow of a drag-reducing rigid “rod-like” polymer solution", J. Non-Newtonian Fluid Mech., 161(1–3), pp. 86-93.

Kähler, C. J. Scharnowski, S. Cierpka, C. (2012). "On the uncertainty of digital PIV and PTV near walls", Exp. Fluids, 52(6), pp. 1641-1656.

Karami, H. R. Mowla, D. (2012). "Investigation of the effects of various parameters on pressure drop reduction in crude oil pipelines by drag reducing agents", J. Non-Newtonian Fluid Mech., 177–178, pp. 37-45.

Karami, H. R. Mowla, D. (2013). "A general model for predicting drag reduction in crude oil pipelines", J. Pet. Sci. Eng., 111, pp. 78-86.

Karami, H. R. Keyhani, M. Mowla, D. (2016). "Experimental analysis of drag reduction in the pipelines with response surface methodology", J. Pet. Sci. Eng., 138, pp. 104-112.

Karami, H. R. Rahimi, M. Ovaysi, S. (2018a). "Degradation of drag reducing polymers in aqueous solutions", Korean J. Chem. Eng., pp. 1-10.

Karami, H. R. Rahimi, M. Ovaysi, S. (2018b). "Modification of Turbulent Flow Velocity Profiles Using Small Concentrations of Diluted Polymeric Solution ", The 10th International Chemical Engineering Congress & Exhibition (IChEC 2018) Isfahan, Iran, pp.

Kim, C. A. Kim, J. T. Lee, K. Choi, H. J. Jhon, M. S. (2000). "Mechanical degradation of dilute polymer solutions under turbulent flow", Polymer, 41(21), pp. 7611-7615.

Kim, K. Islam, M. Shen, X. Sirviente, A. Solomon, M. (2004). "Effect of macromolecular polymer structures on drag reduction in a turbulent channel flow", Phys. Fluids, 16(11), pp. 4150-4162.

Li, C.-F. Sureshkumar, R. Khomami, B. (2006). "Influence of rheological parameters on polymer induced turbulent drag reduction", J. Non-Newtonian Fluid Mech., 140(1–3), pp. 23-40.

Lumley, J. L. (1969). "Drag reduction by additives", Annu. Rev. Fluid Mech., 1(1), pp. 367-384.

Manzhai, V. N. Nasibullina, Y. R. Kuchevskaya, A. S. Filimoshkin, A. G. (2014). "Physico-chemical concept of drag reduction nature in dilute polymer solutions (the Toms effect)", Chem. Eng. Process., 80, pp. 38-42.

Pereira, A. S. Soares, E. J. (2012). "Polymer degradation of dilute solutions in turbulent drag reducing flows in a cylindrical double gap rheometer device", J. Non-Newtonian Fluid Mech., 179–180, pp. 9-22.

Pereira, A. S. Andrade, R. M. Soares, E. J. (2013). "Drag reduction induced by flexible and rigid molecules in a turbulent flow into a rotating cylindrical double gap device: Comparison between Poly (ethylene oxide), Polyacrylamide, and Xanthan Gum", J. Non-Newtonian Fluid Mech., 202, pp. 72-87.

Pinho, F. T. Li, C. F. Younis, B. A. Sureshkumar, R. (2008). "A low Reynolds number turbulence closure for viscoelastic fluids", J. Non-Newtonian Fluid Mech., 154(2), pp. 89-108.

Ptasinski, P. Nieuwstadt, F. Van Den Brule, B. Hulsen, M. (2001). "Experiments in turbulent pipe flow with polymer additives at maximum drag reduction", Flow Turbul. Combust., 66(2), pp. 159-182.

Rahimi, M. Akbari, M. H. Karami, H. R. (2015). "Investigation of drag reduction in microtube", paper presented at The 9th International Chemical Engineering Congress & Exhibition (IChEC 2015)At: Shiraz, Iran.

Reis, L. G. Oliveira, I. P. Pires, R. V. Lucas, E. F. (2016). "Influence of structure and composition of poly(acrylamide-g-propylene oxide) copolymers on drag reduction of aqueous dispersions", Colloids Surf., A, 502, pp. 121-129.

Sandoval, G. A. B. Soares, E. J. (2016). "Effect of combined polymers on the loss of efficiency caused by mechanical degradation in drag reducing flows through straight tubes", Rheol. Acta, 55(7), pp. 559-569.

Sohn, J. I. Kim, C. A. Choi, H. J. Jhon, M. S. (2001). "Drag-reduction effectiveness of xanthan gum in a rotating disk apparatus", Carbohydr. Polym., 45(1), pp. 61-68.

Tian, H. Zhang, J. Wang, E. Yao, Z. Jiang, N. (2015). "Experimental investigation on drag reduction in turbulent boundary layer over superhydrophobic surface by TRPIV", Theor. Appl. Mech. Lett., 5(1), pp. 45-49.

Toms, B. A. (1949). "Some observations on the flow of linear polymer solutions through straight tubes at large Reynolds numbers", Proc. of the International Congress on Rheology, pp. 135-141.

Virk, P. S. (1975). "Drag reduction fundamentals", AlChE J., 21(4), pp. 625-656.

Werther, J. Hage, B. Rudnick, C. (1996). "A comparison of laser Doppler and single-fibre reflection probes for the measurement of the velocity of solids in a gas-solid circulating fluidized bed", Chem. Eng. Process., 35(5), pp. 381-391.

White, C. M. Mungal, M. G. (2008). "Mechanics and Prediction of Turbulent Drag Reduction with Polymer Additives", Annu. Rev. Fluid Mech., 40(1), pp. 235-256.

White, C. M. Mungal, M. G. (2008). "Mechanics and prediction of turbulent drag reduction with polymer additives", Annu. Rev. Fluid Mech., 40, pp. 235-256.

Wyatt, N. B. Gunther, C. M. Liberatore, M. W. (2011). "Drag reduction effectiveness of dilute and entangled xanthan in turbulent pipe flow", J. Non-Newtonian Fluid Mech., 166(1–2), pp. 25-31.

Xueming, S. Jianzhong, L. Tao, W. Yulin, L. (2002). "Experimental research on drag reduction by polymer additives in a turbulent pipe flow", Can. J. Chem. Eng., 80(2), pp. 293-298.