مفاهیم پایپ سیم: محاسبات جریان چند فازی

بر خلاف جریان تک فازی که محاسبات مربوط به افت فشار آن با دقت زیادی قابل انجام است، ولی تخمین دقیق افت فشار در جریان دوفازی بسیار چالش برانگیز می‌باشد.

به دلیل اینکه گازها دارای چگالی و ویسکوزیته کمتری نسبت به مایعات می‌باشند، بنابراین نسبت به مایعات سرعت بیشتری دارند. این خاصیت سبب ایجاد پدیده لغزش (slippage) می‌شود. به دلیل وجود تنش‌های برشی در سطح تماس گاز و مایع و همچنین تنش برشی در طول دیواره لوله، افت فشار اصطکاکی بوجود می‌آید. علاوه بر این، در طول مسیر لوله فشار کاهش می‌یابد و سبب انبساط گاز می‌شود (دقت کنید که گاز سیالی با تراکم‌پذیری بسیار بالا است).

عامل دیگری که بر افت فشار در طول خط لوله اثر می‌گذارد، نحوه توزیع فازها می‌باشد که اصطلاحا به آن رژیم‌های جریانی (flow regimes) یا الگوهای جریانی (flow patterns) گفته می‌شود.

روابط تجربی و مدل‌های مکانیستیکی بسیاری برای پیش‌بینی افت فشار و پسماند مایع (Liquid holdup) پیشنهاد شده‌اند. تعدادی از این روابط کاربرد عمومی دارند ولی تعدادی نیز صرفا برای شرایط خاصی به کار گرفته می‌شوند.

سوالی که ممکن است پیش بیاید این است که چرا پدیده پسماند مایع اتفاق می‌افتد؟

در جریان پایا (steady-state)، سرعت حرکت گاز بیشتر از مایع است، بنابراین بر روی مایع می‌لغزد و جلو می‌افتد. برای اینکه دبی حجمی (Q=V*A) ثابت باقی بماند، سطحی از لوله که توسط گاز اشغال شده است باید کوچک‌تر شود. این شرایط باعث می‌شود که کسر حجمی مایع افزایش پیدا کند و در نتیجه پسماند مایع افزایش یابد (مطابق شکل زیر).