Numerical Investigation of Two-Phase Flow in Closed Cooling Pipes at PT. POMI

Rosady, Fattah (2023) Numerical Investigation of Two-Phase Flow in Closed Cooling Pipes at PT. POMI. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111942000001-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 September 2025. Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Aliran multifase adalah fenomena umum di bidang kimia, tenaga, hidrolik, dan sektor teknik lainnya. Pada pembangkit listrik, sistem pendingin tertutup diperlukan untuk mendinginkan berbagai peralatan dengan menggunakan air demineralisasi yang bekerja pada suhu yang relatif tinggi. Baru-baru ini pada tahun 2022, sistem pendingin tertutup di PT. POMI mengalami beberapa masalah yang telah diselidiki karena adanya udara di dalam sistem. Kehadiran udara dalam pipa perlu dipahami oleh para insinyur di industri saat ini. Kehadiran udara yang tidak dapat dihindari dalam beberapa hal dapat menimbulkan berbagai masalah. Aliran dua fase melalui geometri yang berbeda akan mengubah rezim aliran dan perilakunya. Selain itu, sifat fluida dari setiap fasa juga dapat mempengaruhi karakteristik aliran. Ketika rezim aliran berubah, distribusi tekanan juga berfluktuasi. Studi ini menyajikan investigasi numerik aliran dua fase (udara-air) dengan bilangan Reynolds tinggi dalam ekspansi pipa horizontal (diffuser). Sasaran utamanya adalah mengkaji dan mendiskusikan prediksi akumulasi udara dengan menggunakan model Computational Fluid Dynamics (CFD) pada kondisi aliran turbulen dua fasa tersebut. Transient setup dengan Volume of Fluid (VOF) dan model turbulensi Reynolds Stress Model (RSM) dilakukan untuk memodelkan interaksi antara dua fasa. Hal ini dilakukan karena kondisi aktual yang terjadi di dalam pipa tidak dapat diamati secara langsung, sehingga dibutuhkan CFD untuk dapat menggambarkan kondisi aliran dua fasa yang terjadi di dalam pipa, khususnya fenomena penumpukan air akibat gelembung memanjang atau sumbat mengalir ke hulu dari hipotesis. Dengan bantuan Baker chart, variabel inlet dapat ditentukan untuk menghasilkan aliran plug. Pengaruh kualitas volumetrik yang berbeda pada evolusi tekanan statis tekanan dan distribusi fraksi rongga lokal diamati secara kuantitatif. Visualisasi aliran juga dilakukan; pola aliran dari medan kecepatan dua fasa, struktur aliran sekunder yang disederhanakan, dan fraksi kosong diidentifikasi dalam setiap konfigurasi di seluruh lingkup domain tertentu. Hasil simulasi fraksi volume udara menunjukkan akumulasi udara yang besar setelah 10 detik setelah singularitas kedua dan sebelum siku. Kontur kecepatan-Y tidak berubah secara nyata karena gravitasi bekerja secara seragam, tetapi dalam kecepatan-x, setelah akumulasi udara terjadi, momentum tertinggi selama pemuaian sedikit miring ke sisi atas karena menghasilkan resirkulasi yang besar. Sebagian besar partikel udara tampaknya bergerak melalui sisi atas pipa tetapi beberapa di antaranya dibawa menuju resirkulasi yang lebih rendah dalam pemuaian. Saat meningkatkan kualitas volumetrik, gas yang terakumulasi meningkat dan menghasilkan peluruhan yang signifikan dalam evolusi tekanan statis. Pada bilangan Reynolds cair yang lebih tinggi, kekacauan dalam kecepatan aliran dan tekanan meningkat, menyebabkan pecahnya kantong gas besar menjadi gelembung yang lebih kecil yang diangkut dengan fase cair menuju siku di mana di siku ini, akumulasi gas lebih lanjut dicegah.
==================================================================================================================================
Multiphase flow is a common phenomenon in chemical, power, hydraulic, and any other engineering sectors. In a power plant, a closed cooling system is needed to cool down miscellaneous equipments by means of demineralized water working at relatively high temperatures. Recently in 2022, the closed cooling system at PT. POMI experienced some problems had been investigated due to the presence of air inside the system. The presence of air in a pipeline needs to be understood by engineers in nowadays industry. The presence of air is inevitable in some cases can cause various problems. Two phase flow through different geometries will change the flow regime and its behaviour. Apart from that, fluid properties of each phase can also affect flow characteristics. When the flow regime changes, pressure distributions also fluctuate. This study presents numerical investigations of high Reynolds number two-phase (air-water) flows in a horizontal pipe expansion (diffuser). The main target is to examine and discuss the prediction of air accumulation by means of Computational Fluid Dynamics (CFD) models under such turbulent two-phase flow conditions. Transient setup with Volume of Fluid (VOF) and turbulence model of Reynolds Stress Model (RSM) were perfomed to model the interaction between two phases. This is done because the actual conditions that occur in the pipe cannot be observed directly, so CFD is needed to be able to describe the condition of the two-phase flow that occur inside the pipe, particularly air accumulation phenomena caused by elongated bubble or plug flow upstream from the hypothesis. With the help of Baker chart, inlet variables can be determined to produce plug flow. The effect of different volumetric quality on pressure static pressure evolution and local void fraction distribution is observed quantitatively. Flow visualization is also performed; the flow pattern from two phase velocity field, streamline of secondary flow structure, and void fraction is identified in each configuration across the certain scope of the domain. Simulation result of air volume fractions show large air accumulation after 10 s after the second singularity and before elbow. Y-velocity contour does not change noticeably since gravity acts uniformly, but in x-velocity, once air accumulation occurred the highest momentum throughout the expansions is a little bit tilted to the upper side as it generates large recirculations. Most air particles seem to move through upper side of the pipe but some of them are carried toward the lower recirculation in the expansions. When increasing volumetric quality, the accumulated gas increases and produces significant decay in static pressure evolution. At higher liquid Reynolds number, the chaotic in flow velocity and pressure increases, leading to a break-up of the large gas pocket into smaller bubbles that are transported away with the liquid phase toward elbow where in this elbow, further gas accumulation is prevented

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Ekspansi pipa, Akumulasi udara, Aliran dua fase, Aliran plug; Pipe expansion, Air accumulation, Two-phase flow, Plug flow
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ935 Pipe--Fluid dynamics. Tubes--Fluid dynamics
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Fattah Rosady
Date Deposited:	09 Oct 2023 01:33
Last Modified:	09 Oct 2023 01:33
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/102432

Actions (login required)

View Item