Model of Solid Particle Deposition from the Turbulent Gas FLow.
No Thumbnail Available
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
СНУ ім. В. Даля
Abstract
The deposits of solid particles on the walls of pipeline are the cause of pipeline choking and even rupture accidents in industry each year causing misleading the process intent, destructions, human casualties as well as environmental pollutions. To measure and to manage the risks caused by particles deposition are one of the objectives of modern process safety. The measure of risk means to find a probability of event occurring during some specific duration of time (most often 1 year) and to know the consequences of the event. To be able to find the probability of pipeline choking the dynamic model of particle deposition need to be developed. There are numerous studies of solid particle deposition on the walls of pipeline with turbulent or laminar flows of compressible or incompressible liquids. The model of solid particle deposition from the turbulent gas flow has been proposed and qualitatively verified under this study. The solution of governing equations with applying of finite elements method and numerical analysis has been found. In the basics of the current study the model of particle deposition intensity from the turbulent flow developed by S. K. Beal (1970) has been applied. The model accounts both eddy and Brownian diffusivity factors which are competing with each other depending on particle’s size scale and flow properties. A comparison of the model’s behaviour with the other particle deposition model has been provided and showed a good qualitative agreement with other studies. The model can be applied in numerical risks analysis (with caution) in the part of time duration calculation which causes the critical increasing of pipeline’s resistance. Also finite element method gives the profile of deposits (deposition thickness distribution along the pipe) which can be useful to predict the possible coordinates of the maximum deposition thickness as well as to study the influence of different initial conditions such as particle and fluid properties on the deposition rate and distribution as well as to observe a hydraulic regime in the pipeline.
Відкладення твердих частинок на стінках трубопроводу є причиною забивки трубопроводу або навіть аварійних розривів трубопроводів у промисловості щороку, що спричинює відхилення від цілей процесу, руйнування, людські жертви, а також забруднення навколишнього середовища. Вимірювати та управляти ризиками, спричиненими осадженням частинок, є однією з цілей сучасної промислової безпеки. Міра ризику означає виявлення ймовірності події, що відбулася протягом певної тривалості часу (найчастіше 1 рік) і знання наслідків події. Щоб мати можливість виявити ймовірність забивки трубопроводу, слід розробити динамічну модель осадження частинок. Існують численні дослідження відкладення твердих частинок на стінках трубопроводу з турбулентними або ламінарними потоками стисливих або нестисливих рідин. Модель осадження твердих частинок із турбулентного потоку газу запропонована та якісно перевірена в рамках цього дослідження. Знайдено рішення базових рівнянь із застосуванням методу скінченних елементів та чисельного аналізу. В основах поточного дослідження застосована модель інтенсивності осадження частинок з турбулентного потоку, розроблена S. K. Beal (1970). Модель враховує як вихрові, так і броунівські фактори дифузії, які конкурують між собою залежно від масштабу частинок та властивостей потоку. Було проведено порівняння поведінки моделі з іншою моделлю осадження частинок, що показало хорошу якісну узгодженість з іншими дослідженнями. Модель може бути застосована для чисельного аналізу ризиків (з обережністю) у частині розрахунку тривалості часу, яка спричиняє критичне збільшення опору трубопроводу. Метод скінченних елементів дає профіль відкладень (розподіл товщини осадження вздовж труби), що може бути корисним для прогнозування можливих координат максимальної товщини осадження, а також для вивчення впливу різних початкових умов, таких як властивості частинок і рідини, на швидкість утворення осаджень та їх розподіл, і спостерігати за гідродинамічним режимом у трубопроводі.
Відкладення твердих частинок на стінках трубопроводу є причиною забивки трубопроводу або навіть аварійних розривів трубопроводів у промисловості щороку, що спричинює відхилення від цілей процесу, руйнування, людські жертви, а також забруднення навколишнього середовища. Вимірювати та управляти ризиками, спричиненими осадженням частинок, є однією з цілей сучасної промислової безпеки. Міра ризику означає виявлення ймовірності події, що відбулася протягом певної тривалості часу (найчастіше 1 рік) і знання наслідків події. Щоб мати можливість виявити ймовірність забивки трубопроводу, слід розробити динамічну модель осадження частинок. Існують численні дослідження відкладення твердих частинок на стінках трубопроводу з турбулентними або ламінарними потоками стисливих або нестисливих рідин. Модель осадження твердих частинок із турбулентного потоку газу запропонована та якісно перевірена в рамках цього дослідження. Знайдено рішення базових рівнянь із застосуванням методу скінченних елементів та чисельного аналізу. В основах поточного дослідження застосована модель інтенсивності осадження частинок з турбулентного потоку, розроблена S. K. Beal (1970). Модель враховує як вихрові, так і броунівські фактори дифузії, які конкурують між собою залежно від масштабу частинок та властивостей потоку. Було проведено порівняння поведінки моделі з іншою моделлю осадження частинок, що показало хорошу якісну узгодженість з іншими дослідженнями. Модель може бути застосована для чисельного аналізу ризиків (з обережністю) у частині розрахунку тривалості часу, яка спричиняє критичне збільшення опору трубопроводу. Метод скінченних елементів дає профіль відкладень (розподіл товщини осадження вздовж труби), що може бути корисним для прогнозування можливих координат максимальної товщини осадження, а також для вивчення впливу різних початкових умов, таких як властивості частинок і рідини, на швидкість утворення осаджень та їх розподіл, і спостерігати за гідродинамічним режимом у трубопроводі.
Description
Keywords
numerical analysis, particle deposition, pipeline, turbulent flow, diffusivity, чисельний аналіз, осадження частинок, трубопровід, турбулентний потік, дифузія
Citation
Granovskiy E., Smalii V. Model of Solid Particle Deposition from the Turbulent Gas FLow. Наукові вісті Далівського університету. 2021. №21.