Simulation of liquid induced annulus wall boundary layer in a pipe flow, with dense net of jet cross flows

Abstract

CFD simulation is conducted to analyse a development of a liquid wall annulus within a pipe flow and the liquid is introduced into the flow region with dense net of jet stream cross flows through the pipe wall. The concept behind this analysis is the idea that a thin liquid annulus could reduce scale deposite from a silica rich geothermal fluid. Topics related to this fluid dynamics analysis is advance mixing induced by cross flow, between free stream and jet stream, and multiphase flow. The CFD solver uses multiphase Eulerian model with pressure based Navier-Stokes equation and SST (k-omega) turbulence model. The effect of various boundary conditions on the annulus development was analysed. The jet streams‘ hole diameter and distribution density and core flow‘s velocity and density. Results of the simulations supported the development of water liquid annulus for both water liquid and vapor core flow. A high jet stream distribution density had more positive results than the jet stream hole diameter. The annulus was more succeptible to stratified pooling for low water vapor core velocity whereas low water liquid core velocity produced two ortho radial vortice pairs.

CFD hermun var framkvæmd til að rannsaka myndun vökva grendarlags á vegg pípu og er vökvinn dælt inn í flæðirýmið í gegnum þéttiðið net smárra gate á vegg pípu. Grunnurinn að rannsókninni byggir á þeirri hugmynd að hægt sé að draga úr útfellingu kísils frá jarðhitavökva á veggi pípna. Þættir tengdir þessari straumfræði rannsókn er aukin blöndun með kross flæði, milli frjáls- og þrýstiflaums, og fjöl fasa flæði. CFD hermunin beitir fjöl fasa Eulerian módel, með Navier-Stokes jöfnu háða þrýstingi og SST (k-omega) iðu módel. Áhrif mismunandi ytri skilyrða á myndun grendarlags voru rannsakaðar. Gata strærð og þéttleiki þeirra, straum hraði í pípu og eðlisþynd þess. Niðurstöður hermunarinar styður myndun grendarlags vökva fyrir bæði vökva og gufu flæði í pípu. Meiri þéttleiki gata hafði meiri jákvæðari niðurstæður heldur en gata stærð. Grendarlagið átti meira til að safnast saman á botninum, við lágan straumhraða gufu, en mynda tvö pör af iðustraum sem hreyfðust hornrétt á fæðið, við lágan straumhraða.