شبیه سازی جریان سیال اطراف پیگ متحرک در لوله با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

از خطوط لوله برای انتقال انواع محصولات، خصوصا در صنعت نفت و گاز استفاده می شود. برای داشتن عملکرد موثر، خطوط لوله باید در بازه های زمانی مشخص پیگ رانی شوند. پیگ ها باید در سرعت ثابتی حرکت کنند و سرعت کنترل نشده و فزاینده پیگ می تواند بسیار خطرناک باشد. برای کنترل سرعت پیگ و مطالعه رفتار دینامیکی آن و همچنین تخمین متغیرهای مرتبط با حرکت پیگ، مطالعه رفتار سیال در اطراف پیگ ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق، جریان سیال اطراف پیگ متحرک در لوله به کمک نرم افزار تجاری قدرتمند ANSYS CFX شبیه سازی شده است. در ابتدا نیروی وارد بر پیگ ساکن برای بای پس های مختلف به دست آمده و با نتایج موجود مقایسه شده است که انطباق خوبی را نشان می دهد. در ادامه، برای حرکت شبکه اطراف پیگ متحرک در لوله، از روش شبکه بندی مجدد در تکنیک شبکه دینامیک استفاده شده است. میدان جریان بالادست و پایین دست پیگ و همچنین سرعت، شتاب و موقعیت پیگ در زمان های مختلف به دست آمده است. بدین منظور، معادلات ناویر-استوکس و بقای جرم برای جریان سیال لزج تراکم ناپذیر حل و از مدل تلاطم k-ε برای شبیه سازی توربولانس استفاده شده است. در بررسی حرکت پیگ داخل لوله نتایج نشان داده اند که ابتدا، نیروی وارد بر پیگ از طرف سیال زیاد است و با گذشت زمان به دلیل کاهش نیروی وارد بر پیگ، شتاب پیگ به سمت صفر میل می کند و سرعت پیگ ثابت می گردد. همچنین، با گذشت زمان و با جلو رفتن پیگ، به علت کاهش شتاب پیگ، تغییرات سرعت و فشار در طول لوله کاهش می یابند به طوری که شرایط جریان به سمت حالت دائم پیش می رود. در بررسی تاثیر وجود پیگ بر سرعت جریان در طول لوله نیز مشخص می گردد که بیشترین تاثیر وجود پیگ بر روی سرعت جریان خروجی پیگ است و در فواصل دورتر از پیگ تغییرات سرعت کمتر هستند.