پاییز 93
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده………………………………….. 1
مقدمه………………………………….. 2
فصل اول: کلیات………………………….. 3
1-1 بیان مسأله………………………….. 4
1-2 اهمیت و ضرورت تحقیق………………….. 5
1-3 اهداف تحقیق…………………………. 7
1-3-1 اهداف کلی…………………………. 7
1-3-2 اهداف جزیی………………………… 8
1-4 سوالات تحقیق…………………………. 8
1-5 فرضیههای تحقیق………………………. 8
1-6 تعریف واژه ها، مفاهیم و متغیرها……….. 9
1-6-1 پیگ………………………………. 9
1-6-2 دلایل خرابی پیگ ها و راه های پیشگیری از آن 10
1-6-3 معادله برنولی (معادله انرژی)………… 11
1-6-4 معادله ناویر– استوکس……………….. 11
1-6-5 معادله پیوستگی…………………….. 12
1-6-6 معادله مومنتوم…………………….. 12
1-6-7 گروه های بی بعد……………………. 13
1-6-8 قضیه باکینگهام…………………….. 14
1-6-9 نیروی شناوری………………………. 14
1-6-10 نیروی پسا و نیروی برا……………… 15
1-6-11 نرم افزار فلوئنت………………….. 15
فصل دوم: ادبیات وپیشینه تحقیق…………….. 17
2-1 مقدمه………………………………. 18
2-2 تاریخچه پژوهش……………………….. 19
2-3 چارچوب نظری تحقیق………………….. 20
2-4 مدل تحلیلی تحقیق………………………. 21
فصل سوم: روش تحقیق………………………. 23
3-1 مقدمه………………………………. 24
3-2 روش و طرح تحقیق……………………… 24
3-3 فرآیند تحقیق………………………… 25
3-4 نمونه، روش نمونه گیری و حجم نمونه……… 25
3-5 ابزار گردآوری داده ها ( اطلاعات )………. 25
3-5-1 روایی ابزار جمع آوری داده ها………… 26
3-5-2 پایایی ابزار جمع آوری داده ها……….. 26
3-6 روش گردآوری داده ها………………….. 26
3-7 روش تجزیه و تحلیل داده ها…………….. 27
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ها………….. 28
4-1 مقدمه………………………………. 29
4-2 تحلیل سرعت و گرادیان فشار…………….. 30
4-3 نتایج تحلیلی و تجربی ………………… 38
4-4 بررسی اثر نیروی پسا و تنش برشی………… 41
4-5 نتایج و نمودارها…………………….. 44
4-6 بررسی اثر برا……………………….. 48
4-7 نتایج تجربی…………………………. 52
4-8 مدل های فیزیکی در فلوئنت……………… 60
4-9 معادلات پایستگی جرم…………………… 61
4-10 معادلات پایستگی مومنتوم………………. 61
4-11 مدل های اغتشاشی…………………….. 63
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات …………. 66
5-1 تجزیه و تحلیل نتایج تحقیق…………….. 67
5-1-1 تحلیل سرعت………………………… 69
5-1-2 تحلیل فشار………………………… 73
5-1-3 بررسی تنش برشی…………………….. 78
5-1-4 بررسی نیروهای وارد برجسم……………. 82
5-1-5 بررسی نیروی پسای برشی………………. 82
5-1-6 بررسی نیروی پسای فشاری……………… 86
5-2 مقایسه نتایج با کاربرد عملی پیگ ها…….. 94
5-3 بحث و نتیجه گیری…………………….. 95
5-4 پیشنهادات…………………………… 99
5-4-1 حذف فرض شناوری در مدل سازی و حل عددی…. 99
5-4-2 بررسی اثر وزن جسم در شیب ها…………. 99
5-4-3 بررسی و طراحی پیگ ها در گذر از خم ها…. 100
5-4-4 بررسی حرکت پیگ در زمان رسوب زدایی……. 100
5-4-5 تحلیل حرکت پیگ در سیال دو فازی………. 100
5-4-6 بررسی جریان سیال در زمان پیگ رانی برای انتقال دو فاز مجزا………………………………………. 101
منابع و مآخذ……………………………. 102
فهرست منابع…………………………….. 103
چکیدهی انگلیسی………………………….. 1
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول 1-1 انواع خرابی های خط لوله ……………… 6
جدول 4-1 داده های تجربی برای تعیین برا سیلندر در لوله 54
جدول 4-2 داده های تجربی برای تعیین برا سیلندر درلوله و ضرایب برا……………………………………….. 58
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 1-1 تمیز کردن خطوط لوله به وسیله پیگ ها….. 9
شکل 4-1 هندسه جسم استوانه…………………. 30
شکل 4-2 سرعت ها در مختصات متحرک……………. 31
شکل 4-3 پروفیل سرعت و توزیع فشار روی سیلندر در ناحیه حلقوی 35
شکل 4-4 نمودار تغییرات نسبت سرعت بدون بعد با نسبت قطر وعدد رینولدز 39
شکل 4-5 نمودار تغییرات گرادیان فشار بدون بعد و نسبت قطر در اعداد رینولدز مختلف…………………………… 39
شکل 4-6 وابستگی گرادیان فشار بدون بعد با اعداد رینولدز ونسبت قطرهای مختلف………………………………….. 40
شکل 4-7 افت فشار نسبی به عنوان تابعی از عدد رینولدز و نسبت قطر 40
شکل 4-8 تغییرات نیروی پسا با عدد رینولدز وK برای کره 45
شکل 4-9 نیروی پسا برحسب نسبت طول به قطر…….. 45
شکل 4-10 تابع افت فشار بر حسب نسبت قطر……… 46
شکل 4-11 تغییرات نسبت سرعت بی بعد بامیانگین سرعت سیال برای سیلندر متحرک………………………………….. 46
شکل 4-12 تغییرات نسبت سرعت بی بعد با میانگین سرعت سیال برای کره متحرک………………………………….. 47
شکل 4-13 تغییرات گرادیان فشار بی بعد با میانگین سرعت سیال برای سیلندر متحرک……………………………. 47
شکل 4-14 تغییرات گرادیان فشار بی بعد با میانگین سرعت سیال برای کره متحرک………………………………….. 48
شکل 4-15 تغییرات لقی میان سیلندر و لوله با سرعت سیال 50
شکل 4-16 پروفیل سرعت نسبی جریان……………. 51
شکل 4-17 تغییرات ضریب برا با a وk در هنگام بلند شدن سیلندر 59
شکل 4-18 تغییرات ضریب برا با a وs وK در هنگام بلند شدن سیلندر 59
شکل 5-1 میدان سرعت برای نسبت قطر 5/0 وسرعت سیال 1 متر بر ثانیه………………………………………. 72
شکل 5-2 میدان سرعت برای نسبت قطر 5/0 وسرعت سیال 3 متر بر ثانیه………………………………………. 72
شکل 5-3 میدان سرعت برای نسبت قطر 7/0 وسرعت سیال 5 متر بر ثانیه………………………………………. 72
شکل 5-4 میدان سرعت برای نسبت قطر 7/0 وسرعت سیال 7 متر بر ثانیه………………………………………. 72
شکل 5-5 میدان فشار کل نسبی برای نسبت قطر 5/0 وسرعت سیال 1 متر بر ثانیه………………………………….. 74
شکل 5-6 میدان فشار کل نسبی برای نسبت قطر 5/0 وسرعت سیال 7 متر بر ثانیه………………………………….. 74
شکل 5-7 میدان فشار کل نسبی برای نسبت قطر 7/0 وسرعت سیال 5 متر بر ثانیه………………………………….. 74
شکل 5-8 میدان فشار کل نسبی برای نسبت قطر 7/0 وسرعت سیال 7 متر بر ثانیه………………………………….. 74
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار5-1 مقایسه پروفیل سرعت برای استوانه ثابت و نسبت قطر 5/0 در لوله 12 اینچ با سرعت سیال 1 متربرثانیه……… 70
نمودار 5-2 مقایسه پروفیل سرعت برای استوانه متحرک و نسبت قطر 5/0 در لوله 12 اینچ با سرعت سیال 1 متر بر ثانیه…. 71
نمودار 5-3 تغییرات سرعت سیال در مجاورت و دور از دیواره 73
نمودار 5-4 تغییرات فشار سیال در مجاورت دیواره، نسبت قطر 5/0 وسرعت سیال 1 متر بر ثانیه………………………. 75
نمودار 5-5 تغییرات فشار سیال در مجاورت دیواره، نسبت قطر 5/0 وسرعت سیال 7 متر بر ثانیه………………………. 75
نمودار 5-6 تغییرات فشار سیال در مجاورت دیواره، نسبت قطر 5/0 وسرعت سیال 5 متر بر ثانیه………………………. 76
نمودار 5-7 تغییرات فشار سیال در مجاورت دیواره، نسبت قطر 6/0 وسرعت سیال 5 متر بر ثانیه………………………. 76
نمودار 5-8 تغییرات فشار سیال برحسب عدد رینولدز برای نسبت قطرهای مختلف 76
نمودار 5-9 تغییرات فشار بی بعد برحسب عدد رینولدز برای نسبت قطرهای مختلف 77
نمودار 5-10 تغییرات تنش برشی روی دیواره استوانه برای نسبت قطر 5/0 وسرعت 5 متر بر ثانیه……………………… 79
نمودار 5-11 تغییرات تنش برشی روی دیواره استوانه برای نسبت قطر 5/0 وسرعت 7 متر بر ثانیه……………………… 79
نمودار 5-12 تغییرات تنش برشی روی دیواره استوانه برای نسبت قطر 7/0 وسرعت 5 متر بر ثانیه……………………… 79
نمودار 5-13 تغییرات تنش برشی روی دیواره استوانه برای نسبت قطر 7/0 وسرعت 7 متر بر ثانیه……………………… 79
نمودار 5-14 تغییرات تنش برشی روی دیواره استوانه برای نسبت قطر 5/0 وسرعت 5 متر بر ثانیه……………………… 80
نمودار 5-15 تغییرات تنش برشی روی دیواره استوانه برای نسبت قطر 5/0 وسرعت 7 متر بر ثانیه……………………… 80
نمودار 5-16 تغییرات تنش برشی روی دیواره استوانه برای نسبت قطر 7/0 وسرعت 5 متر بر ثانیه……………………… 80
نمودار 5-17 تغییرات تنش برشی روی دیواره استوانه برای نسبت قطر 7/0 وسرعت 7 متر بر ثانیه……………………… 80
نمودار 5-18 تغییرات نیروی برشی باسرعت و نسبت قطر برای استوانه ثابت 83
نمودار 5-19 تغییرات نیروی برشی باسرعت و نسبت قطر برای استوانه متحرک………………………………….. 83
نمودار 5-20 تغییرات نیروی برشی با سرعت برای نسبت قطر 5/0 در حالت های سکون و حرکت استوانه………………….. 84
نمودار 5-21 تغییرات نیروی برشی با سرعت برای نسبت قطر 8/0 در حالت های سکون و حرکت استوانه………………….. 84
نمودار 5-22 تغییرات نیروی برشی با نسبت قطر برای سرعت های مختلف در حالت سکون استوانه……………………….. 85
نمودار 5-23 تغییرات نیروی برشی با نسبت قطر برای سرعت های مختلف در حالت حرکت استوانه……………………….. 86
نمودار 5-24 تغییرات نیروی فشاری (پسا فشاری) باسرعت برای نسبت قطرهای مختلف در حالت سکون جسم…………………….. 87
نمودار 5-25 تغییرات نیروی فشاری (پسافشاری) با سرعت برای نسبت قطرهای مختلف در حالت حرکت جسم…………………… 87
نمودار 5-26 تغییرات فشار سیال با سرعت 1(m/s) و نسبت قطر 7/0 در حالت سکون جسم
………………………………………. 88
نمودار 5-27 تغییرات فشار سیال با سرعت 1(m/s) ونسبت قطر 7/0 در حالت حرکت جسم…………………………………. 88
نمودار 5-28 تغییرات نیروی فشاری با نسبت قطر برای سرعت های مختلف در حالت سکون استوانه…………………….. 89
نمودار 5-29 تغییرات نیروی فشاری با نسبت قطر برای سرعت های مختلف در حالت حرکت استوانه…………………….. 89
نمودار 5-30 تغییرات ضریب نیروی برشی با عدد رینولدز برای نسبت قطرهای مختلف در حالت سکون استوانه……………….. 90
نمودار 5-31 تغییرات ضریب نیروی برشی با عدد رینولدز برای نسبت قطرهای مختلف در حالت حرکت استوانه……………….. 91
نمودار 5-32 تغییرات ضریب پسا فشاری با عدد رینولدز با نسبت قطرهای مختلف برای استوانه ساکن………………….. 92
نمودار 5-33 تغییرات ضریب پسا فشاری با عدد رینولدز با نسبت قطرهای مختلف برای استوانه متحرک…………………… 92
نمودار 5-34 مقایسه نیروها برای یک پیگ واقعی و استوانه با نسبت قطرهای 9/0 و95/0 94
چکیده
پژوهش حاضر به منظور بررسی حرکت پیگ در خطوط لوله انجام پذیرفته است. باتوجه به اهمیت خطوط لوله در تامین منابع انرژی در جهان، پس از نصب و راه اندازی، تعمیر و نگهداری این خطوط از درجه اهمیت بالایی برخوردار می باشد که باعث شده امروزه توجه ویژه ای به طراحی پیگ ها بسته به نوع استفاده ای که می شود، صورت گیرد. بدین منظور با آغاز به مطالعه گسترده ادبیات پژوهش، ضمن ارائه یک مدل ساده شده از پیگ به صورت یک جسم استوانه ای در جریان سیال درون لوله، سرعت و گرادیان فشار سیال و تغییرات سرعت جسم به صورت تئوری مورد مطالعه قرار می گیرد و نتایج تئوری و تجربی سایر منابع نیز بیان می گردد.
سپس نیروهای پسا و برا بر اساس نتایج تجربی و معادلات حاکم بر جریان سیال بررسی می شود. از این رو جهت تحلیل دقیق تر با بهره گرفتن از نرم افزار فلوئنت میدان های سرعت، فشار، تنش برشی روی دیواره جسم و نیروهای وارد بر آن نمایش داده می شود. با مقایسه میان کلیه نتایج بدست آمده و همچنین بیان نتایج تجربی برای یک پیگ واقعی، میزان دقت و صحت پژوهش جهت بالا بردن راندمان پیگ مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.
کلمات کلیدی: پیگ- سرعت سیال- گرادیان فشار سیال- تنش برشی- نیروی پسا و نیروی برا
مقدمه
امروزه صنعت نفت و گاز در جهان یکی از مهمترین و حیاتی ترین صنایع موجود می باشد. در کشور ما نیز به لحاظ منابع عظیم زیرزمینی نفت و گاز، حجم عظیمی از منابع درآمدی کشور از این راه تأمین می شود. لذا گسترده ترین مراکز صنعتی کشور در این زمینه است. حفاری چاه ها، مراکز بهره برداری، خطوط انتقال، ایستگاه های تقویت و تقلیل فشار، صنایع پتروشیمی و… را می توان در این زمینه نامبرد که بدون شک این صنایع در جهان جزو بزرگترین مراکز فنی و مهندسی هر کشوری می باشند.
پس از اینکه چاه های نفت و گاز حفر گردیدند وملزومات بهره برداری بر روی آنها نصب شد باید برای انتقال به مراکز پالایشی، صنعتی و مصرفی از خطوط لوله[1] استفاده شود. خطوط لوله به عنوان شاهرگ اصلی انتقال انرژی در جهان به شمار می آیند. پس از اینکه خط لوله ای نصب و به بهره برداری رسید، عوامل گوناگونی از جمله خوردگی[2]، خرابی لوله و گرفتگی خط، تعمیر خط لوله را ضروری می سازد. در هنگام نگهداری خط و حفاظت از آن در برابر عوامل مخرب از وسایل مختلفی برای جلوگیری و یا به تعویق انداختن خرابی لوله ها استفاده می شود، یکی از پر کاربردترین این وسایل پیگ[3] می باشد. پیگ ها، ابزارهایی هستند كه داخل خط لوله توسط جریان سیال اعم از نفت، گاز، آب و… حركت می كنند. معمولا برای از بین بردن مواد ته نشین شده كه موجب مسدود شدن یا كند شدن جریان در خط لوله می شوند و یا شناسایی نقاط آسیب دیده، تركها و خوردگی ها در خطوط لوله از این وسیله بازرسی استفاده می شود.
فصل اول
کلیات
1-1 بیان مساله
پیگ وسیله ای است که به شکل های مختلف و بسته به نیاز ساخته می شود. به منظور استفاده از آن، آن را در ابتدای خط قرار داده و به وسیله فشار سیال پشت آن به جلو می رانند و در انتها از خط خارج می کنند. از پیگ ها برای بالا بردن مقدار جریان عبوری از خط لوله استفاده می شود. هرگونه کاهش در ابعاد داخلی خط لوله باعث کاستن از میزان جریان عبوری از آن می شود. عملا نمی توان از یک خط انتظار بازده 100% را داشت. اصطکاک و سایر عوامل فیزیکی باعث کاستن از میزان جریان سیال درون لوله می شوند.