آنالیز حساسیت و بهینه‌سازی ایندیوسر در جداکننده گاز دوار پمپ‌های دورن چاهی الکتریکی تحت شرایط تک‌فاز و دوفاز

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران

چکیده

ایندیوسر یک توربوماشین محوری است که در ورودی جداکننده‌های دوار پمپ‌های دورن چاهی الکتریکی به منظور افزایش هد و غلبه بر افت فشار لوله‌های خروجی نصب می‌شود. در این مطالعه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و روش‌های بهینه‌سازی، به بهینه‌سازی ایندیوسر به منظور افزایش هد و بازدهی آن پرداخته شده است. بعد از طراحی اولیه، زاویه ورودی و خروجی روی شرود، موقعیت پره در لبه ورودی و خروجی شرود و همچنین ضخامت پره به عنوان پارامترهای تاثیر گذار انتخاب شده‌اند. برای کاهش محاسبات از مدل جانشینی بر پایه مدل کریجینگ به منظور پیش‌بینی تابع هدف استفاده شده است. معادلات سه بعدی ناویر استوکس پایا برای آنالیز جریان تک‌فاز و دوفاز به کار گرفته شده‌ است. جریان دوفاز غیرهمگن با استفاده از روش اویلری-اویلری و با در نظر گرفتن نیروهای بین فازی در نرم افزار انسیس-سی‌اف‌ایکس مدل‌سازی شده است. از الگوریتم ژنتیک مقادیر پارامترها در نقاط بهینه محاسبه و نتایج برای آنالیز حساسیت استفاده شده‌ است. با توجه به آنالیز حساسیت، پارامترهای زاویه ورودی و ضخامت پره بیشترین تاثیر را روی هد و زاویه خروجی بیشترین تاثیر را روی بازدهی ایندیوسر دارند. نتایج نشان می‌دهد که هندسه بهینه در شرایط تک‌فاز و دوفاز هد بیشتری را تامین می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Takacs G (2009) Electrical submersible pumps manual: design, operations, and maintenance. Gulf Professional Publishing, Burlington, USA.

[2] d'Agostino L, Vittoria M (2017) Cavitation instabilities and rotordynamic effects in turbopumps and hydroturbines. Springer 575: 65-107.

[3] Harun AF, Prado MG, Doty DR (2016) Two-phase flow modeling of inducers. Soc Petrol Eng J 126: 140-148.

[4] Alhanati FJS, Sambangi SR, Doty DR, Schmidt Z (1994) A simple model for the efficiency of rotary separators. Technical Conference and Exhibition held in New Orleans.

[5] Harun AF, Prado MG, Shirazi SA (2002) An improved model for predicting separation efficiency of a rotary gas separator in ESP systems. Soc Petrol Eng J 1-4.

[6] Lackner G, Doty DR, Shirazi SA, Schmidt Z (2002) Effect of viscosity on downhole gas separation in a rotary gas separator. Soc Petrol Eng J 28-31.

[7] Harun AF, Prado MG, Doty DR (2003) Design Optimization of a Rotary Gas Separator in ESP Systems. Conference Production and Operations Symposium held in Oklahoma 22-25.

[8] Suarez L, Kenyery F, Asuaje M, Pena M (2005) 3D CFD simulation of rotary gas-separator performance under two-phase-flow condition. Petroleum Eng Conference.

[9] Equipment E (2015) The parametric study of an electrical submersible pump rotary gas separator under two-phase flow condition. Semi-Annually Energy Equipment And Systems 3(1): 33-44.

[10] Gülich JF (2010) Centrifugal pumps. Berlin Heidelberg, Springer.

[11] Westra RW (2008) Inverse-design and optimization methods for  centrifugal pump impellers. PhD Thesis, Department of Mech Eng, Uni of Twente.

[12] https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/16.2.3/ en-us/help/cfx_mod/i1345900.html.

[13]  ANSYS CFX-15.0 Theory Guide of ANSYS CFX 15.0 ANSYS Inc.

[14] Frank T , Zwart PJ , Shi JM , Krepper E  (2005) Inhomogeneous MUSIG model a population balance approach for polydispersed bubbly flow. Conference Nuclear Energy for New Europe.

[15]  Suh J, Kim J, Choi Y, Kim J, Joo W, Lee K (2017) Development of numerical Eulerian-Eulerian models for simulating multiphase pumps. J Petrol Sci Eng 1-14.

[16]  Salim SM, Cheah SC (2009) Wall y+ strategy for Dealing with wall-bounded turbulent flows. Conference of Eng and Computer Scientists.

[17] Cavazzuti M (2013) Optimization methods, from theory to design. Berlin Heidelberg, Springer.

[18] Koziel S, Leifsson L (2013) Surrogate-based modeling and optimization applications in engneering. Springer Verlag New York.

[19]   Lei TAN, Baoshan ZHU, Shuliang CAO, Hao B, Yuming W (2014) Influence of blade wrap angle on centrifugal pump performance by numerical and experimental study. Chin J Mech Eng 171-177.

[20] Zitzler E, Thiele L (1999) Multiobjective evolutionary algorithms : A comparative case study and the strength pareto approach. IEEE T Evolut Comput 3(4): 257-271.

[21] Koziel S, Yang XS (2011) Computational optimization, methods and algorithm. Springer, Berlin, Germany, Vol 356.