DRAG REDUCTION BY ADDITIVES IN MULTIPHASE FLOW IN PIPES. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (new)_PhD_THESIS-_Ihab_Alsurakji-_g200903730.pdf - Updated Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

تم عمل تحقيق مختبري للجريان متعدد الحالات غاز-زيت-ماء وذلك بهدف تحديد تأثير المبلمرات المذابة بالماء والمبلمرات المذابة بالزيت على الجريان احادي الحالة، وعلى الجريان ثنائي الحالة، وعلى الجريان ثلاثي الحالة. تمت هذه التجارب باستخدام الزيت النفطي، والهواء، والماء من خلال تدفقهم في انبوب بلاستيكي افقي قطره الداخلي يعادل 22.5 ملم وطوله يعادل 8.33 م. تمت دراسة تأثير معدل تدفق الغاز، ومعدل تدفق الماء، ومعدل تدفق الزيت النفطي، وأنواع مختلفة من المبلمرات، وتركيزات مختلفة للمبلمرات على الضغط وأنماط التدفق. كما تمت دراسة التدفق الطبقي-المتموج، والتدفق النبضي، والتدفق الحلقي. أظهرت النتائج انخفاض كبير في الضغط الاحتكاكي بسبب المبلمرات في حالة الجريان ذو السرعة السطحية العالية، والذي كان يرافقه تأثير كبير من المبلمرات على الانتقال بين أنماط التدفق. في حالة تدفق الغاز والماء والزيت النفطي، تبين ان الحد الأقصى للحد من السحب حدث عند استخدام المبلمرات المذابة في الماء. وعلاوة على ذلك، وفي ظل ظروف مماثلة، فان استخدام المبلمرات المذابة في الزيت النفطي أو المبلمرات المذابة في الماء لن تنتج نفس المقدار في الحد من السحب. وقد تم الاستنتاج من المقارنات في حالات الجريان احادي الحالة، وثنائي الحالة، وثلاثي الحالة، ان المبلمرات المذابة في الماء، بسبب اختلاف بنيتها الهيكلية، قادرة على اخماد الدوامات المضطربة، و تقليل خشونة الاسطح المتلاصقة، ومقاومة اجهاد الجدران اكثر بكثير من المبلمرات المذابة بالزيت. من ناحية اخرى، تقدم هذه الأطروحة التحقيقات التجريبية التي أجريت لفهم كيفية عمل المبلمرات المذابة في الماء في حالة الجريان احادي الحالة والجريان ثنائي الحالة (الطبقي-المتموج) باستخدام تقنية حساب سرعة الجسيمات بواسطة الصور (بي اي في). كما تم دراسة اثر معدلات تدفق السائل وتركيز المبلمرات على الخطوط الانسيابية، والسرعة اللحظية. وقد أجري التحقق من نتائج تقنية حساب سرعة الجسيمات بواسطة الصور عن طريق مقارنتها مع النتائج الحسابية التي تم الحصول عليها بواسطة برنامج الفلونت. وقد أفيد من هذه المقارنة، أن حساب سرعة الجسيمات بواسطة الصور هي تقنية مفيدة جدا في فهم آلية عمل المبلمرات في حالة الجريان احادي الحالة وفي حالة الجريان ثنائي الحالة، ولا سميا في المناطق القريبة من جدار الأنبوب وفي مناطق التقاء الاطوار. أما بالنسبة لاستخدام المبلمرات، فان نتائج تحليل الطاقة من حيث خفض فقدان الارتفاع ونسبة التقليل في استهلاك الطاقة في أنظمة التدفق احادي الحالة والتدفق متعدد الاطوار قبل وبعد إضافة المبلمرات كانت مذهلة. حيث اظهرت النتائج ان هناك لنخفاض كبير في خسائر الضغط، و توفير كبير في استهلاك الطاقة والذي من شأنه ان يزيد في الانتاجية. ايضا تبين ان قدرة المبلمرات المذابة في الماء اعلا من المبلمرات المذابة في الزيت من حيث التقليل في خسائر الضغط و الزيادة في نسبة توفير استهلاك الطاقة وذلك وفقا للتحقيقات التجريبة التي شملتها الدراسة. وبالإضافة إلى ذلك، تمت ايضا دراسة تأثير أقطار الأنابيب على فقدان الارتفاع ونسبة التقليل في الطاقة. وأظهرت النتائج أن تأثير قطر الانبوب الاكبر أكثر أهمية من الانبوب ذو القطر الاصغر.

English Abstract

An experimental investigation of multiphase gas-oil-water flow was performed for studying the influence of water-soluble and oil-soluble DRPs in single-phase, two-phase, and three-phase flows. These experiments have been presented for oil, air, and water flowing in a 22.5 mm I.D., 8.33 m long PVC horizontal pipe. The effect of gas flow rate, water flow rate, oil flow rate, DRPs types, and DRPs concentrations on pressure gradient and flow patterns were investigated. Stratified-wavy, slug, and annular flow regimes were studied. The results showed a large reduction in pressure gradient due to DRPs at high liquid mixture superficial velocity, which was accompanied by significant effect of DRPs on the flow patterns transition boundaries. For gas-water-oil flow, the maximum drag reduction was achieved when water-soluble DRP was used. Moreover, under similar conditions, using oil-soluble or water-soluble may not results in same drag reduction. It has been concluded from the comparisons in case of single-phase, two-phase, and three-phase, the water-soluble DRP ZETAG® 8165, because of structural difference, can dampen the turbulent eddies, decrease the interfaces roughness, and resist wall stresses much better than the oil-soluble DRP PIB. Furthermore, this thesis presents experimental investigations conducted to understand the influence of water-soluble DRP in single and two-phase (stratified-wavy) flows by using Particle Image Velocimetry (PIV) technique. The effects of liquid flow rates and DRP concentrations on streamlines, and the instantaneous velocity were also investigated. A verification of PIV results have been performed by comparing it with the computational results obtained by FLUENT software. It has been reported that, the PIV is a powerful technique in understanding the mechanism of DRP in single-phase and two-phase flow, especially at the regions near the pipe wall and near to the phases interface. As for the use of DRPs, the results of energy analysis in terms of head loss reductions and the percentage savings in the energy consumptions in single and multiphase flow systems before and after adding DRPs are incredible. The results showed that there were drastic reductions in the head losses, and a huge savings in the energy consumptions which leads to an increase in the throughput. Also, it was shown that the ability of water-soluble DRP is higher than the oil-soluble DRP in decreasing the head loss and increasing the percentage saving in energy consumption for the range of experimental setup studied. In addition, the effect of pipe diameters on the head loss and percentage energy saving were investigated as well. The results demonstrated the effect of larger pipe diameter was more significant than the smaller one.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Al Sarkhi, Abdelsalam
Committee Members:	Badr, Hassan and Habib, Mohamed and Alhems, Luai and Atiqullah, Muhammad
Depositing User:	IHAB HISHA ALSURAKJI (g200903730)
Date Deposited:	26 Jan 2017 10:37
Last Modified:	01 Nov 2019 16:36
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140157