DEVELOPED THERMO-HYDRAULIC MODEL OF DIRECT STEAM GENERATION WITH RELIABLE TWO-PHASE FLOW CONSIDERATION

DEVELOPED THERMO-HYDRAULIC MODEL OF DIRECT STEAM GENERATION WITH RELIABLE TWO-PHASE FLOW CONSIDERATION. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (PhD Dissertation)
PhD Dissertation (g201302870) 23-6.pdf - Submitted Version
Restricted to Repository staff only until 23 June 2022.

Download (7MB)

Arabic Abstract

يهدف هذا البحث إلى تطوير تدفق ثنائي الطور لنظام توليد مباشر للبخار (DSG). السائل المستخدم في نظام DSG هو الماء. الطاقة المطلوبة تم توفيرها من الطاقة الشمسية. يمر الماء داخل الانبوب عبر عدة اشكال بسبب عملية تغيير الطور حيث ينتقل من الطور السائل إلى الطور الغازي. فيما بينهما، توجد مناطق مختلفة ثنائية الطور. في منطقة التدفق ثنائي الطور، يمر التدفق من خلال أنماط تدفق مختلفة قبل أن يصل إلى منطقة الطور الغازي على سبيل المثال (الفقاعة ، والتدفق المموج الطبقي ، والتدفق الحلقي والضبابي). جانب آخر مهم من هذا العمل هو معرفة اكثر المعاملات المؤثرة في عملية توليد البخار والتي تزيد من البخار المتولد عن طريق النظر بعناية في خصائص التدفق متعدد الأطوار، والتي لم تؤخذ في الاعتبار في الدراسات السابقة. في هذا البحث، سوف نحدد أكثر العوامل حساسية التي تؤثر على البخار المتولد عن طريق إجراء دراسة مفصلة. يمكن التحكم في نظام التدفق على مرحلتين من خلال تغيير الخصائص الهندسية للأنبوب وظروف التدفق. سيتم استكشاف جميع المعاملات المهمة على سبيل المثال الضغط المفقود ونسبه الغاز الى السائل و طول الانبوب وغيرها. علاوة على ذلك، تم جمع بنك بيانات تجريبي لأنظمة التوليد المباشر للبخار من الدراسات السابقة للتحقق من صحة النموذج المطور. تم تطوير برنامج رياضي باستخدام واجهة ( MATLAB ) . يعد ضخ التدفق ثنائي الطور تحديًا يحتاج إلى مزيد من التحقيق. يهدف هذا البحث أيضًا إلى تصميم واختبار والتحقق من مرحلة ريش متوسطة (مجانس) لتحسين عملية ضخ التدفق ثنائي الطور. أظهر المجانس أنه يحسن ضخ التدفق ولكنه لا يستطيع حل المشكلة تمامًا. تم تقديم العديد من الاقتراحات لتحسين ضخ التدفق على مرحلتين.

English Abstract

This research aims to develop a multi-phase flow model for direct steam generation (DSG) systems. The fluid used in the DSG system is water; required energy is obtained from solar energy. The water inside the absorber passes through different regions due to the phase change process as it goes from liquid phase to gas phase. In between, a two-phase flow region exists. In the two-phase flow region, the flow passes through different flow patterns before reaching the gas phase region, for example (bubble, stratified wavy, slug, annular, and mist flow). Another important aspect of this work is to optimize the influential parameters that maximize the steam generated by carefully considering the multi-phase flow characteristics, which have not been considered entirely in the open literature. This research identifies the most sensitive parameters affecting the generated steam by performing a detailed parametric study. Controlling the two-phase flow regime is achieved by changing the geometric pipe characteristics and flow conditions. We explored the essential parameters such as the mass quality, void fraction, and the two-phase pressure drop along with the absorber. Moreover, an experimental databank for direct steam generation systems from open literature was collected to validate the developed model. A user-friendly work-station is developed using MATLAB interface. Pumping two-phase flow is a challenge that needs more investigation. This research also aims to design, test, and validate an intermediate flow homogenizer stage to enhance the process of pumping two-phase flow if a need for pumping the two-phase flow using a commonly used centrifugal pump. The homogenizer showed that it improves the two-phase flow pumping but could not solve the problem completely. Several suggestions have been made to improve pumping the two-phase flow.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Mechanical
Department: College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor: Alsarkhi, Abdelsalam
Committee Members: Alhems, Luai and Bahaidarah, Haitham M.S and Sahin, Ahmet and Habib, Mohamed
Depositing User: KHALID ABDELBASIT KHALID (g201302870)
Date Deposited: 28 Jun 2021 09:58
Last Modified: 28 Jun 2021 09:58
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141913