ما هو مبدأ تدفق الغاز وكيف يقود الأنظمة الصناعية؟

تكلف مشاكل تدفق الغاز الشركات المصنعة المليارات سنويًا في هدر الطاقة وتعطل النظام. وغالبًا ما يطبق المهندسون مبادئ التدفق السائل على أنظمة الغاز، مما يؤدي إلى حسابات خاطئة كارثية. إن فهم مبادئ تدفق الغاز يمنع أخطاء التصميم المكلفة ومخاطر السلامة.

يحكم مبدأ تدفق الغازات معادلة الاستمرارية وحفظ كمية الحركة وحفظ الطاقة، حيث تتفاعل سرعة الغاز وضغطه وكثافته ودرجة حرارته من خلال تدفق قابل للانضغاط¹ معادلات تختلف اختلافًا جوهريًا عن معادلات التدفق السائل غير القابل للانضغاط.

قبل عامين، عملت قبل عامين مع مهندسة كيميائية بريطانية تدعى سارة طومسون التي عانى نظام توزيع الغاز الطبيعي لديها من تقلبات ضغط خطيرة. كان فريقها يستخدم حسابات التدفق غير القابل للانضغاط لتدفق الغاز القابل للانضغاط. بعد تطبيق مبادئ التدفق السليم للغاز، تخلصنا من ارتفاع الضغط وخفضنا استهلاك الطاقة بمقدار 351 تيرابايت 3 تيرابايت.

جدول المحتويات

• ما هي المبادئ الأساسية التي تحكم تدفق الغاز؟
• كيف تختلف معادلات السريان الانضغاطي عن السريان السائل؟
• ما العوامل التي تؤثر على سلوك تدفق الغاز في الأنظمة الصناعية؟
• كيف يتفاعل الضغط ودرجة الحرارة والسرعة في تدفق الغاز؟
• ما هي الأنواع المختلفة لأنظمة تدفق الغاز؟
• كيفية حساب وتحسين تدفق الغاز في التطبيقات الصناعية؟
• الخاتمة
• الأسئلة الشائعة حول مبادئ تدفق الغاز

ما هي المبادئ الأساسية التي تحكم تدفق الغاز؟

يعمل سريان الغاز بموجب ثلاثة قوانين حفظ أساسية تحكم جميع حركات الموائع ولكن بخصائص فريدة بسبب انضغاطية الغاز وتغيرات الكثافة.

تستند مبادئ سريان الغاز على حفظ الكتلة (معادلة الاستمرارية)، وحفظ كمية الحركة (قانون نيوتن الثاني)، وحفظ الطاقة (القانون الأول للديناميكا الحرارية)، المعدل لسلوك المائع القابل للانضغاط.

حفظ الكتلة (معادلة الاستمرارية)

تأخذ معادلة الاستمرارية لتدفق الغاز في الحسبان تغيرات الكثافة التي تحدث بسبب تغيرات الضغط ودرجة الحرارة، على عكس السوائل غير القابلة للانضغاط.

معادلة استمرارية تدفق الغازات:

∂𝑑LELELEGRANDLE/ REVLECT 𥯟t + 𥯟-(ρV) = 0

للتدفق الثابت: ρ₁A₁V₁ = ρ₂A₂V₂V

أين:

• ρ = كثافة الغاز (تختلف باختلاف الضغط ودرجة الحرارة)
• A = مساحة المقطع العرضي
• V = سرعة الغاز = سرعة الغاز
• ر = الوقت

الآثار الرئيسية المترتبة:

• تتغير كثافة الغاز مع الضغط ودرجة الحرارة
• يظل معدل التدفق الكتلي ثابتًا في التدفق الثابت
• تزداد السرعة كلما انخفضت الكثافة
• تؤثر تغيرات المساحة على كل من السرعة والكثافة

الحفاظ على الزخم

يراعي حفظ كمية الحركة في سريان الغاز قوى الضغط وقوى اللزوجة وقوى الجسم المؤثرة على المائع القابل للانضغاط.

معادلة الزخم (نافيير-ستوكس²):

ρ(𝑑(𝑑(𝑑(𝑑(𝑑(𝑑(𝑑(𝑑(𝑑(𝑑(𝑑(𝑑(¬V + 𝑑(¬V

لتطبيقات تدفق الغاز:

• يهيمن مصطلح تدرج الضغط في التدفق عالي السرعة
• التأثيرات اللزوجة مهمة بالقرب من الجدران وفي التدفق الصفحي
• تصبح تأثيرات الانضغاطية كبيرة فوق 0.3 ماخ

الحفاظ على الطاقة

يشمل حفظ الطاقة لتدفق الغاز الطاقة الحركية، وطاقة الوضع، والطاقة الداخلية، وشغل التدفق، مع مراعاة التغيرات في درجة الحرارة بسبب الانضغاط والتمدد.

معادلة الطاقة:

ح + ف^2/2 + زاي زاي = ثابت (على طول الخط الانسيابي)

أين:

• h = الإنثالبي النوعي (يشمل الطاقة الداخلية وشغل التدفق)
• V²/2 = الطاقة الحركية لكل وحدة كتلة
• gz = الطاقة الكامنة لكل وحدة كتلة

اعتبارات الطاقة:

معادلة الدولة

يتطلب تدفق الغاز معادلة حالة للربط بين الضغط والكثافة ودرجة الحرارة، وعادةً ما يكون قانون الغاز المثالي لمعظم التطبيقات الصناعية.

قانون الغاز المثالي:

ع = ρRT

أين:

• p = الضغط المطلق
• ρ = كثافة الغازات  
• R = ثابت الغاز النوعي
• T = درجة الحرارة المطلقة

بالنسبة للغازات الحقيقية، قد تكون هناك حاجة إلى معادلات حالة أكثر تعقيدًا، مثل معادلات فان دير فال أو معادلات ريدليتش-كوونج.

كيف تختلف معادلات السريان الانضغاطي عن السريان السائل؟

يُظهر تدفق الغازات القابلة للانضغاط سلوكًا مختلفًا اختلافًا جوهريًا عن التدفق السائل غير القابل للانضغاط، مما يتطلب طرق تحليل واعتبارات تصميمية متخصصة.

يختلف التدفق القابل للانضغاط من خلال اختلافات الكثافة وقيود السرعة الصوتية وتكوين موجات الصدمة واقتران درجة الحرارة والضغط التي لا تحدث في أنظمة التدفق السائل غير القابلة للانضغاط.

تأثيرات تباين الكثافة

تتغير كثافة الغاز بشكل كبير مع الضغط ودرجة الحرارة، مما يؤثر على أنماط التدفق وتوزيعات السرعة ومتطلبات تصميم النظام.

تأثيرات تغير الكثافة:

• تسارع السرعة: يتسارع الغاز أثناء تمدده
• انخفاض الضغط: علاقات الضغط-التدفق غير الخطية
• تأثيرات درجة الحرارة: الكثافة تتناسب عكسيًا مع درجة الحرارة
• التدفق المختنق: حدود معدل التدفق الأقصى

السرعة الصوتية ورقم الماك

يتغير سلوك تدفق الغاز بشكل كبير مع اقتراب السرعة من سرعة الصوت، مما يخلق قيودًا تصميمية حرجة غير موجودة في الأنظمة السائلة.

حساب السرعة الصوتية:

أ = √(γRT)

أين:

• أ = سرعة الصوت في الغاز
• γ = نسبة الحرارة النوعية (Cp/Cv)
• R = ثابت الغاز النوعي
• T = درجة الحرارة المطلقة

رقم الماك³ الأهمية:

M = V/أ (نسبة السرعة إلى السرعة الصوتية)

ظاهرة التدفق المختنق

التدفق المختنق⁴ يحدث عندما تصل سرعة الغاز إلى ظروف صوتية، مما يحد من معدل التدفق الأقصى بغض النظر عن تخفيض الضغط في اتجاه المصب.

ظروف التدفق المختنق:

• معدل التدفق الكتلي الأقصى المتحقق
• لا تؤثر تغيرات الضغط عند المصب على التدفق عند المنبع
• نسبة الضغط الحرجة: p₂/p₁ ≈ 0.53 للهواء
• شائعة في الفوهات والفتحات وصمامات التحكم

اقتران درجة الحرارة والضغط

يتضمن تدفق الغاز تغيرات كبيرة في درجة الحرارة بسبب التمدد والضغط، مما يؤثر على أداء النظام وتصميمه.

العمليات الديناميكية الحرارية:

• التدفق المتساوي الانسيابي: عملية عكسية عكسية غير ثابتة
• التدفق المتساوي الحرارة: درجة حرارة ثابتة (تدفق بطيء مع انتقال الحرارة)
• التدفق الأديباتاتيكي: عدم انتقال الحرارة (تدفق سريع)
• التدفق متعدد الأقطاب: الحالة العامة مع انتقال الحرارة

ما العوامل التي تؤثر على سلوك تدفق الغاز في الأنظمة الصناعية؟

تؤثر عوامل متعددة على سلوك تدفق الغاز في التطبيقات الصناعية، مما يتطلب تحليلاً شاملاً لتصميم النظام وتشغيله بشكل صحيح.

تشمل العوامل الرئيسية خواص الغاز، وهندسة النظام، وظروف التشغيل، وتأثيرات نقل الحرارة، واحتكاك الجدران التي تحدد مجتمعةً أنماط التدفق، وانخفاض الضغط، وأداء النظام.

تأثير خصائص الغاز

تُظهر الغازات المختلفة خصائص تدفق مختلفة بناءً على خصائصها الجزيئية ونسب الحرارة النوعية والسلوك الديناميكي الحراري.

خواص الغازات الحرجة:

تأثيرات هندسة النظام

يؤثر قطر الأنبوب وطوله وتركيباته وتغييرات مساحة التدفق بشكل كبير على أنماط تدفق الغاز وفقدان الضغط.

اعتبارات هندسية:

• قطر الأنبوب: يؤثر على السرعة وخسائر الاحتكاك
• الطول: يحدد انخفاض ضغط الاحتكاك الكلي
• التغييرات في المنطقة: إنشاء تأثيرات التسارع/التباطؤ
• التركيبات: تسبب فقدان الضغط المحلي
• خشونة السطح: التأثيرات عامل الاحتكاك

ضغط التشغيل ودرجة الحرارة

تؤثر ظروف تشغيل النظام بشكل مباشر على كثافة الغاز واللزوجة وسلوك التدفق من خلال العلاقات الديناميكية الحرارية.

تأثيرات حالة التشغيل:

• الضغط العالي: يزيد الكثافة ويقلل من آثار الانضغاطية
• الضغط المنخفض: يقلل من الكثافة ويزيد من السرعة
• درجة حرارة عالية: يقلل من الكثافة ويزيد من السرعة الصوتية
• درجة الحرارة المنخفضة: يزيد من الكثافة، قد يسبب التكثيف

تأثيرات انتقال الحرارة

تؤثر إضافة الحرارة أو إزالتها أثناء تدفق الغاز بشكل كبير على توزيعات درجة الحرارة والكثافة والضغط.

سيناريوهات انتقال الحرارة:

• التدفئة: يزيد من درجة الحرارة ويقلل الكثافة ويسرع التدفق
• التبريد: يقلل من درجة الحرارة، ويزيد من الكثافة، ويبطئ التدفق
• أدياباتيكي: عدم انتقال الحرارة، تغيرات درجة الحرارة بسبب التمدد/الضغط
• متساوي الحرارة: الحفاظ على درجة حرارة ثابتة من خلال نقل الحرارة

تأثير احتكاك الجدار

يؤدي الاحتكاك بين الغاز وجدران الأنابيب إلى خسائر في الضغط ويؤثر على ملامح السرعة، وهو أمر مهم بشكل خاص في خطوط الأنابيب الطويلة.

حساب خسارة الاحتكاك:

Δp = f × (L/D) × (ρV²/2)

أين:

• f = عامل الاحتكاك (دالة رقم رينولدز والخشونة)
• L = طول الأنبوب
• D = قطر الأنبوب
• ρ = كثافة الغازات
• V = سرعة الغاز = سرعة الغاز

كيف يتفاعل الضغط ودرجة الحرارة والسرعة في تدفق الغاز؟

يخلق التفاعل بين الضغط ودرجة الحرارة والسرعة في تدفق الغاز علاقات معقدة يجب فهمها لتصميم النظام وتحليله بشكل صحيح.

تتبع تفاعلات تدفق الغاز العلاقات الديناميكية الحرارية حيث تؤثر تغيرات الضغط على درجة الحرارة والكثافة، وتؤثر تغيرات السرعة على الضغط من خلال تأثيرات كمية الحركة، وتؤثر تغيرات درجة الحرارة على جميع الخواص الأخرى من خلال معادلة الحالة.

العلاقات بين الضغط والسرعة

ترتبط سرعة الغاز والضغط ارتباطًا عكسيًا من خلال معادلة برنولي المعدلة للتدفق القابل للانضغاط، مما يخلق تحديات تصميم فريدة من نوعها.

معادلة برنولي المعدلة لسريان الغاز:

∫dp/dp/ρ + V²/2 + gz = ثابت

بالنسبة للغاز المثالي: γ/(γ-1) × (p/ρ) + V²/2 = ثابت

تأثيرات الضغط-السرعة:

• انخفاض الضغط: يتسبب في زيادة السرعة بسبب تمدد الغازات
• زيادة السرعة: يمكن أن يسبب انخفاضًا إضافيًا في الضغط من خلال تأثيرات الزخم
• التسارع: يحدث بشكل طبيعي مع تمدد الغاز عبر النظام
• التباطؤ: يتطلب زيادة الضغط أو توسيع المساحة

اقتران درجة الحرارة بالسرعة

تقترن درجة حرارة الغاز وسرعته من خلال الحفاظ على الطاقة، حيث تؤثر التغيرات في درجة الحرارة على خواص الغاز وسلوك التدفق.

العلاقات بين درجة الحرارة والسرعة:

T₀ = T + V²/(2Cp)

أين:

• T₀ = درجة حرارة الركود (الكلية)
• T = درجة الحرارة الساكنة
• V = سرعة الغاز = سرعة الغاز
• Cp = الحرارة النوعية عند ضغط ثابت

الانعكاسات العملية:

• يقلل تدفق الغاز عالي السرعة من درجة الحرارة الساكنة
• تظل درجة حرارة الركود ثابتة في التدفق الأديباتاتيكي
• تؤثر تغيرات درجة الحرارة على كثافة الغاز ولزوجته
• يمكن أن يتسبب التبريد في تكثف بعض الغازات

تأثيرات الضغط ودرجة الحرارة

يتفاعل الضغط ودرجة الحرارة من خلال معادلة الحالة والعمليات الديناميكية الحرارية، مما يؤثر على كثافة الغاز وخصائص التدفق.

علاقات العمليات الديناميكية الحرارية:

تباينات الكثافة

تختلف كثافة الغاز مع كل من الضغط ودرجة الحرارة وفقًا لقانون الغاز المثالي، مما يخلق سلوك تدفق معقد.

حساب الكثافة:

ρ = p/(RT)

تأثيرات الكثافة على التدفق:

• كثافة عالية: سرعة أقل لمعدل تدفق كتلي معين
• كثافة منخفضة: سرعة أعلى، وتأثيرات انضغاطية محتملة
• تدرجات الكثافة: إنشاء تأثيرات الطفو والخلط
• تغيرات الكثافة: التأثير على الزخم وانتقال الطاقة

لقد ساعدت مؤخرًا مهندس غاز طبيعي أمريكي يُدعى روبرت تشين في تكساس على تحسين نظام خط الأنابيب الخاص به. ومن خلال أخذ تفاعلات درجة الحرارة والضغط والسرعة في الحسبان بشكل صحيح، قللنا طاقة الضخ بمقدار 281 تيرابايت 3 تيرابايت مع زيادة السعة الإنتاجية بمقدار 151 تيرابايت 3 تيرابايت.

ما هي الأنواع المختلفة لأنظمة تدفق الغاز؟

يُظهر تدفق الغاز أنظمة مختلفة بناءً على السرعة وظروف الضغط وهندسة النظام، ويتطلب كل منها طرق تحليل واعتبارات تصميم محددة.

تشمل أنظمة تدفق الغازات التدفق الصفحي والمضطرب ودون الصوتي والصوتي والأسرع من الصوت، ويتميز كل منها بخصائص مختلفة للسرعة وعلاقات الضغط وخصائص نقل الحرارة.

التدفق الصفحي مقابل التدفق المضطرب

تحولات تدفق الغاز من التدفق الصفحي إلى المضطرب بناءً على رقم رينولدز⁵مما يؤثر على فاقد الضغط وانتقال الحرارة وخصائص الخلط.

رقم رينولدز لتدفق الغاز:

Re = ρVD/μ

أين:

• ρ = كثافة الغاز (تختلف باختلاف الضغط ودرجة الحرارة)
• V = السرعة المتوسطة
• D = قطر الأنبوب
• μ = اللزوجة الديناميكية

تصنيفات نظام التدفق:

نظام التدفق دون الصوتي

ويحدث التدفق دون الصوتي عندما تكون سرعة الغاز أقل من سرعة الصوت المحلية، مما يسمح لاضطرابات الضغط بالانتشار في اتجاه المنبع.

خصائص التدفق دون الصوتي:

• رقم الماك: M < 1.0
• انتشار الضغط: الاضطرابات تنتقل الاضطرابات في اتجاه المنبع
• التحكم في التدفق: تؤثر ظروف المصب على النظام بأكمله
• تغيرات الكثافة: اختلافات معتدلة، يمكن التنبؤ بها
• مرونة التصميم: حلول متعددة ممكنة

تطبيقات التدفق دون الصوتي:

• معظم أنظمة توزيع الغاز الصناعي
• أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتدفئة والتهوية
• الأنظمة الهوائية منخفضة الضغط
• معدات العمليات الكيميائية
• معالجة غاز محطة توليد الكهرباء

التدفق الصوتي (التدفق المختنق)

يحدث التدفق الصوتي عندما تكون سرعة الغاز مساوية لسرعة الصوت المحلية، مما يخلق ظروف تدفق حرجة ذات خصائص فريدة.

خصائص التدفق الصوتي:

• رقم الماك: M = 1.0 بالضبط
• التدفق الكتلي الأقصى: لا يمكن تجاوزه
• استقلالية الضغط: ضغط المصب لا يؤثر على التدفق
• نسبة الضغط الحرجة: عادةً حوالي 0.53 للهواء
• تأثيرات درجة الحرارة: انخفاض كبير في درجة الحرارة

تطبيقات التدفق الصوتي:

• فوهات التوربينات الغازية
• صمامات تنفيس الأمان
• أجهزة قياس التدفق
• فوهات المحرك الصاروخي
• منظمات الغاز عالي الضغط

نظام التدفق فوق الصوتي

يحدث التدفق فوق الصوتي عندما تتجاوز سرعة الغاز سرعة الصوت، مما يخلق موجات صدمية وظواهر تدفق فريدة من نوعها.

خصائص التدفق فوق الصوتي:

• رقم الماك: M > 1.0
• موجات الصدمة: تغيرات الضغط ودرجة الحرارة المفاجئة
• اتجاه التدفق: لا يمكن أن تنتقل المعلومات من المنبع
• موجات التوسع: تخفيضات الضغط السلس
• تعقيد التصميم: يتطلب تحليلاً متخصصاً

أنواع موجات الصدمة:

التدفق فوق الصوتي

يحدث التدفق فوق الصوتي عند أعداد ماخ عالية جدًا (عادةً M > 5)، حيث تصبح التأثيرات الإضافية مهمة.

التأثيرات فوق الصوتية:

• تأثيرات الغاز الحقيقية: تعطل قانون الغاز المثالي
• التفاعلات الكيميائية: التفكك والتأين
• نقل الحرارة: تأثيرات التسخين الشديد
• التأثيرات اللزوجة: تفاعلات الطبقة الحدودية

كيفية حساب وتحسين تدفق الغاز في التطبيقات الصناعية؟

تتطلب حسابات تدفق الغاز طرقًا متخصصة تأخذ في الحسبان تأثيرات الانضغاط، بينما يركز التحسين على تقليل استهلاك الطاقة إلى الحد الأدنى وتعظيم أداء النظام.

وتستخدم حسابات تدفق الغاز معادلات التدفق القابلة للانضغاط، وارتباطات عوامل الاحتكاك، والعلاقات الديناميكية الحرارية، بينما يتضمن التحسين تحديد حجم الأنبوب، واختيار مستوى الضغط، وتكوين النظام لتقليل تكاليف الطاقة إلى أدنى حد ممكن.

حسابات تدفق الغاز الأساسية

تبدأ حسابات تدفق الغاز بمعادلات أساسية معدلة لتأثيرات التدفق الانضغاطي وخصائص الغاز الحقيقية.

حساب معدل التدفق الكتلي:

𝑇 = ρAV = (p/RT)AV

للتدفق المختنق عبر فتحة:
✓ = CdA√(γρp)[2/(γ+1)]^((γ+1)/(2(γ-1)))

أين:

• Cd = معامل التفريغ
• أ = مساحة الفتحة
• γ = نسبة الحرارة النوعية
• ρ = كثافة المنبع = كثافة المنبع
• ع = ضغط المنبع = ضغط المنبع

حسابات انخفاض الضغط

يجب أن تأخذ حسابات انخفاض الضغط لتدفق الغاز في الحسبان تأثيرات التسارع بسبب تمدد الغاز بالإضافة إلى خسائر الاحتكاك.

مكونات انخفاض الضغط الكلي:

1. انخفاض ضغط الاحتكاك: بسبب إجهاد قص الجدار
2. انخفاض ضغط التسارع: بسبب زيادة السرعة
3. انخفاض ضغط الارتفاع: بسبب تأثيرات الجاذبية
4. انخفاض ضغط التركيبات: بسبب اضطرابات التدفق

معادلة انخفاض ضغط الاحتكاك:

Δpf = f(L/D)(ρV²/2)

انخفاض ضغط التسارع:

Δpa = ρ₂V₂² - ρ₁V₁² (لتغييرات المنطقة)

تحليل تدفق خطوط الأنابيب

يتطلب تحليل خط الأنابيب الطويل حسابات تكرارية بسبب تغير خصائص الغاز على طول خط الأنابيب.

خطوات حساب خط الأنابيب:

1. تقسيم خط الأنابيب: إلى شرائح ذات خصائص ثابتة
2. حساب خصائص المقطع: الضغط، ودرجة الحرارة، والكثافة
3. تحديد نظام التدفق: صفحي أو مضطرب
4. حساب انخفاض الضغط: لكل جزء
5. تحديث الخصائص: للجزء التالي
6. التكرار: حتى يتحقق التقارب

معادلة خط الأنابيب المبسطة:

p₁² - p₂² = (fL ₁²RT)/(A²Dρ₀)

أين:

• p₁، p₂ = ضغط المدخل والمخرج
• f = متوسط عامل الاحتكاك
• L = طول خط الأنابيب
• 𝑇 = معدل التدفق الكتلي
• R = ثابت الغازات
• T = متوسط درجة الحرارة
• أ = مساحة الأنبوب
• D = قطر الأنبوب
• ρ ₀ = الكثافة المرجعية

استراتيجيات تحسين النظام

يوازن تحسين نظام تدفق الغاز بين التكاليف الرأسمالية وتكاليف التشغيل ومتطلبات الأداء لتحقيق الحد الأدنى من تكلفة دورة الحياة.

معلمات التحسين:

التحجيم الاقتصادي للأنابيب

يوازن التحجيم الاقتصادي للأنابيب بين التكلفة الرأسمالية للأنابيب مقابل تكاليف طاقة الضخ على مدى عمر النظام.

معادلة القطر الاقتصادي:

D_الاقتصادي = K(西/ρ)^0.37

حيث يعتمد K على:

• تكلفة الطاقة
• تكلفة الأنابيب
• عمر النظام
• سعر الفائدة
• ساعات العمل في السنة

قياس التدفق والتحكم فيه

يتطلب القياس الدقيق لتدفق الغاز والتحكم الدقيق في التدفق فهم تأثيرات التدفق الانضغاطي على أجهزة القياس.

اعتبارات قياس التدفق:

• ألواح الفوهة: تتطلب تصويبات الانضغاطية
• عدادات فنتوري: أقل حساسية للانضغاطية
• عدادات التوربينات: تتأثر بتغيرات كثافة الغازات
• أجهزة القياس بالموجات فوق الصوتية: تتطلب تعويض درجة الحرارة
• مقاييس كوريوليس: قياس التدفق الكتلي المباشر

ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD)

تستفيد أنظمة تدفق الغاز المعقدة من تحليل CFD لتحسين الأداء والتنبؤ بالسلوك في ظل ظروف التشغيل المختلفة.

تطبيقات CFD:

• الأشكال هندسية معقدة: الأشكال والتركيبات غير المنتظمة
• نقل الحرارة: تحليل التدفق والتحليل الحراري معاً
• تحليل الخلط: اختلافات تكوين الغازات
• التحسين: دراسات بارامترات التصميم
• استكشاف الأخطاء وإصلاحها: تحديد مشاكل التدفق

لقد عملت مؤخرًا مع مهندس بتروكيماويات كندي يُدعى ديفيد ويلسون في ألبرتا الذي واجه مصنع معالجة الغاز لديه مشاكل في الكفاءة. وباستخدام تحليل CFD إلى جانب حسابات تدفق الغاز المناسبة، حددنا مناطق إعادة التدوير التي كانت تتسبب في إهدار طاقة قدرها 20%. وبعد تنفيذ تعديلات التصميم، انخفض استهلاك الطاقة بمقدار 181 تيرابايت 3 تيرابايت مع زيادة قدرة المعالجة.

الخاتمة

تحكم مبادئ تدفق الغازات سلوك الموائع القابلة للانضغاط من خلال قوانين الحفظ المعدلة لتغيرات الكثافة، مما يتطلب طرق تحليل متخصصة تأخذ في الحسبان تفاعلات الضغط ودرجة الحرارة والسرعة وتأثيرات الانضغاط المختلفة اختلافًا جوهريًا عن أنظمة التدفق السائل.

الأسئلة الشائعة حول مبادئ تدفق الغاز