Simulation numérique par éléments finis des écoulements transitoires gaz-liquide dans les conduites rigides et quasi-rigides

Finite element method for transient flow of homogeneous gas-liquid mixtures in rigid and quasi-rigid pipelines

Laboratory of Applied Fluid Mechanics, Process Engineering and Environment National engineering school of Sfax, BP. W, 3038 Sfax, Tunisia
hkyessine@gmail.com, Ezed.Hadj@enis.rnu.tn

Résumé

Une simulation numérique basée sur la méthode des éléments finis est présentée pour décrire la propagation des ondes dans les écoulements transitoires de mélanges homogènes gaz-liquides dans les conduites rigides et quasi-rigides. Le modèle rigide est déduit en négligeant l'élasticité des parois ainsi que la compressibilité du liquide par rapport à celle du gaz. Par contre pour le modèle quasi-rigide, on tient compte de ces deux paramètres. L'effet de la compressibilité du fluide sur les ondes de pression en régime transitoire est ensuite analysé et confronté à l'élasticité de la paroi de la conduite. Pour valider la fiabilité du modèle présenté, les résultats numériques sont comparés à ceux obtenus par la méthode des différences finies et aux résultats expérimentaux. Les résultats montrent que la propagation des ondes de pression est fortement influencée par la fraction massique du gaz dans le mélange et par l'élasticité de la paroi du tuyau.

Abstract

A numerical solution based on the finite element method is presented to describe wave propagations in the transient flow of homogeneous gas-liquid mixtures in rigid and quasi-rigid pipes. The rigid model is deduced by neglecting the liquid compressibility and the pipe wall elasticity against the gas compressibility. But, these two parameters are taken into consideration in the quasi-rigid model. The effect of fluid compressibility on the pressure waves of transient flow is then analyzed and confronted to the pipe wall elasticity. To validate the reliability of the model presented herein, the numerical results are compared with those obtained by the finite difference method and experiment. The results show that the pressure wave propagation is significantly influenced by gas-fluid mass ratio and pipe wall elasticity.