اصول جریان چند فازی:
قبل از شروع بررسی روی راه حل های اندازه گیری جریان های چند فازی و قابلیت های آن،لازم است احساسی روی جریان چند فازی توسعه دهیم. بدون درک صحیحی ازماهیت جریان چندفازی به سادگی انتخاب بهترین استراتژی برای اندازه گیری آن امکانپذیر نیست.همانطور که در این بخش نشان داده شده است هنوز جنبه های دیگری از جریان چند فازی وجود دارد که ناشناخته مانده است که باعث دشواری شناسایی و غلبه بر چالش های ارائه شده توسط MFM می شود.
مقدمه ای بر جریان چند فازی
در سراسر جهان تحقیقات روی جریان چند فازی توسط دانشمندان با پیشینه های بسیار متنوع انجام شده است: ریاضیدانان و فیزیکدانان و همچنین مهندسین مکانیک و هسته ای و شیمیایی و عمران و نفت و رشته هوا و فضا و محیط زیستی. جریان چند فازی هم در لوله ها و هم در محیط های متخلخل رخ می دهد.
به عنوان یک تعریف کلی جریان چند فازی از یک جریان متشکل از دو یا چند فاز تشکیل شده است. جریانهای چند فازی رایج ترین وقوع جریان در طبیعت می باشد. به عنوان نمونه: جریان خون در بدن انسان،حبابهای بالا رونده در لیوان آب , جو سرد و تراکم بخار بر روی پنجره. این جریان تا حد زیادی به ماهیت اجزاء و توزیع نسبی آنها بستگی دارد. ساده ترین مورد جریان چند فازی جریان دو فازی است که دو جز خالص در دو فاز متفاوت وجود دارند، یک نمونه آن جریان بخار- آب می باشد.
فاز های حاضر در یک جریان تک فازی تشکیل شده اند از:
• جامدات،که معمولا به شکل ذرات نسبتا کوچک هستند. فاز جامد تراکم ناپذیر و با مایعات اطراف خود ظاهر شکل ناپذیری دارد.
• مایعات،که نسبتا تراکم ناپذیرند اما ظاهر آنها همراه دیگر فاز ها تغییر می کند.
• گازها،که هم تراکم پذیر و هم تغییر شکل می دهند.
انواع جریان چند فازی،الگوهای جریان و نقشه های الگو جریان:
در شرح زیر به انواع اصلی جریان های چند فازی که در صنایع نفت و گاز با آن مواجه می شویم و اینکه چطور به مفهوم الگوی جریان مرتبط می شود، می پردازیم.
رفتار و شکلهای بین فازی در مخلوط چند فازی نمونه هایی هستند که الگوی جریان می گویند. درون جریان چند فازی رقابت بین نیرو ها و مکانیسم هایی وجود دارد که هر لحظه اتفاق می افتد. تعادل این نیرو ها الگوی جریان را تعیین می کند.عوامل متعددی وجود دارد که الگوی جریان چند فازی درون یک کانال را تعیین می کند:
• خواص فاز ها، نسبت ها و سرعت ها
• دما و فشار عملیاتی
• قطر کانال، شکل، شیب و زبری
• وجود لوله در بالا دست و پایین دست (مانند شیر ها، اتصالات، خم ها و …)
• نوع جریان:حالت پایدار، شبه پایدار و گذرا
جریان های گاز – مایع
عوامل حاکم بر توزیع سطحی (رژیم جریان) در یک جریان گاز- مایع پیچیده هستند. آنها شامل کشش سطحی ،رطوبت،پراکندگی،انعقاد،نیروهای بدنه و اثرات فلاکس گرما می باشند.
با این حال ممکن است که ما انواع توزیع سطحی را در گروه های گسترده معینی (رژیم جریان) دسته بندی کنیم، حتی اگر ماهیت دقیق جریان هنوز هم به اهمیت نسبی عوامل موثر بستگی داشته باشد.
رژیم در جریان گاز مایع عمودی در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل (1) الگوهای جریان در جریان عمودی
شکل (2) الگوهای جریان برای طیف وسیعی از زوایای شیبدار
جریان های مایع- مایع
در مقایسه با جریان های گاز- مایع پژوهش های کمتری روی جریان های مایع- مایع انجام شده است.الگو های جریان پیچیده تر هستند همانند شکل های زیر که نشان داده شده اند.
بحث عمومی در مورد جریان های مایع- مایع اولین بار توسط Govier and Aziz مطرح شد. برای مورد نفت- آب ، آب و نفت دارای چگالی های متفاوت هستند. الگو های جریان به شدت تحت تاثیر چگالی می باشند.
شکل (3) الگوهای جریان در جریان افقی نفت-آب با یک نسبت چگالی نفت-آب 0.83
شکل (4) الگوهای جریان در جریان عمودی نفت-آب
جریان های گاز- مایع- مایع
جریان های جامد- مایع- مایع- گاز
