KFUPM ePrints

Investigations of mixing in pipelines with side-, opposed-, and multiple-tees

Khokhar, Zahid Hafeez (2002) Investigations of mixing in pipelines with side-, opposed-, and multiple-tees. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
5Mb

Arabic Abstract

الخلط هو إحدى أهم العمليات في الصناعات الكيميائية والبتروكيميائية والزيوت والمعادن ، ويمكن إنجازه في الخزانات أو خطوط الأنابيب . في هذا البحث تم إجراء بحوث عددية ومعملية لدراسة الخلط في أنابيب مزودة بأنابيب جانبية وعكسية ومتعددة التفرع . لقد تم خلط ماء بارد جار في أنبوب رئيسي مع ماء دافي جار في أنبوب جانبي التفرع ، وقيست الحرارة معملياً لتحديد درجة الخلط . وتم حل الضغط والسرعة والحرارة عددياً . كما تم اختبار تأثير حجم الشبكة ، وتحسين موضعي للشبكة ، واعتماد الخواص الفيزيائية للسائل على درجة الحرارة والنموذج الأحتطراب الدوامي على النتائج العددية . ولقد أظهرت النتائج المعملية تطابقاً جيداً مع النتائج العددية على مدى واسع من أرقام رينولدز . وكان من الصعب الحصول على مطابقة كاملة بجوار نفاث السائل عبر أنبوب التفرع إلا بعد إدخال بعض التحسينات ووجد أ، طول الأنبوب اللازم لتحقيق 95% من الخلط يعتمد على نسبة سرعة السائل في الأنبوب الجانبي والأنبوب الرئيسي . كما لابد من إيجاد الزاوية التي يحقن النفاث الجانبي والتي قد تؤدي إلى ارتطام النفاث على الجدار المقابل أم لا ، وذلك نظراً لتأثيرها البالغ على طول الأنبوب اللازم للحصول على 95% من الخلط . أما بالنسبة للنفاثات المتعاكسة ، فمن الصعب الحصول على حلول عددية لتأثير نفاثي متبادل على درجات رينولدز العالية . وأجريت بعض التعديلات بما فيها تدريج خلافي لأثنين من النفاثات لتسهيل تقارب الحلول . وقد أدى استعمال أنابيب متعددة ثلاثية التفرع للتقليل من طول الأنبوب اللازم لتخفيف 95% من الخلط .

English Abstract

Mixing is one of the most common operations carried out in the chemical, petrochemical, oil and metallurgical industries. Mixing can be achieved either mechanically as in stirred tanks, or by fluid jet side stream agitation. Jet mixing principles can be described as a fast moving stream of fluid, the jet or side fluid, being injected into a slow moving or stationary fluid- the main fluid. In this present work, numerical and experimental investigations of mixing in pipelines with side-, opposed- and multiple tees are carried out. Cold water flowing in a main pipe is mixed with warmer water flowing through a tee. Temperature is measured experimentally to quantify the degree of mixing. The velocity and temperature fields are solved numerically. The effects of mesh size, mesh localized refinement, the dependence of the fluid physical properties on temperature, and the turbulence models on numerical results are examined. Experimental results show good agreement with corresponding predictions of the numerical model over a relatively wide range of Reynolds number; however, close agreement is harder to obtain in the vicinity of the incoming jet through the tee. The pipe length required to achieve 95% mixing is found to be a function of Uf/Um. The angle at which the side jet is injected is found to determine whether or not the jet impinges on the opposite wall and also affects the pipe length required to achieve 95% mixing. For opposing jets, numerical convergence was harder to obltain due to the jet-jet interaction at high Reynolds numbers. Some modifications including the staggering of the two jets made it easier for the solution to converge. Multiple tees also reduced the mixing length. This can be used for mixing a large quantity of fluid where lower side velocities are needed. The results of this investigation assist in deciding where it is possible to use pipelines as mixures in place of holding/mixing vessels and which type of tees will be suitable.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:November 2002
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Khokhar, Zahid Hafeez
Committee Advisor:Zughbi, Habib D.
Committee Members:Sharma, Rajendra N. and Loughlin, Kevin F.
ID Code:10097
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:56
Last Modified:25 Apr 2011 09:58

Repository Staff Only: item control page