بررسي تجربي الگوهاي جريان دوفازي گاز - مايع در لوله‌هاي عمودي رو به بالا با قطر مياني

Experimental Investigation of Gas-Liquid Two-Phase Flow Regimes in Upward Co-Current Vertical Tubes with Intermediate Diameters

در پژوهش حاضر، جريان دوفازي در لوله‌هاي عمودي پلكسيگلاس به قطرهاي داخلي mm 40 و mm 70 و در دو ارتفاع m 73/1 و m 22/3 در شرايط ادياباتيك مطالعه شده‌اند. براي اين منظور يك سيستم آزمايشگاهي بزرگ مقياس بر اساس استانداردهاي موجود طراحي، ساخته و بهره‌برداري شده‌است. نقشه‌هاي الگوي جريان براي هر دو لوله ارايه شده و تاثير قطر لوله و ارتفاع بر گذر بين الگوهاي جريان بررسي شده‌اند. هوا و آب به عنوان سيال‌هاي كاري انتخاب شده‌اند و محدوده سرعت‌هاي ظاهري هوا و آب براي لوله mm 40 به ترتيب m/s 654/9 – 054/0 و m/s 877/0 – 015/0 و براي لوله mm 70 به ترتيب m/s 44/20 – 038/0 و m/s 530/1 – 036/0 است. با تغيير قطر لوله از mm 40 به mm 70، محدوده مربوط به الگوي اسلاگ به طور قابل توجهي كاهش مي‌يابد. نوع ورودي مورد استفاده در آزمايش‌ها « حلقوي» ‌است كه در نتيجه آن الگوي حبابي در سرعت‌هاي ظاهري كم آب در لوله mm 70 مشاهده نشد و فقط در سرعت‌هاي بالاي آب، الگوي حبابي خود را نشان مي‌داد. براي هر دو لوله، الگوهاي جريان: حبابي، اسلاگ، متلاطم و حلقوي مشاهده شدند. با بررسي بيش‌تر و استفاده از تكنيك پردازش تصوير، الگوي حبابي در لوله mm 40 به سه الگوي فرعي پراكنده، آشفته و متراكم و الگوي اسلاگ به دو الگوي فرعي اسلاگ بزرگ و اسلاگ كوچك قابل تفكيك بودند. هم‌چنين الگوي شبه – حلقوي نيز به عنوان يك الگوي مستقل در لوله mm 70 مشاهده شد كه در تحقيقات پيشين به دقت تحليل و بررسي نشده است.

In the present research, two-phase flow is studied adiabatically in vertical plexiglass tubes with inner diameters of 40 mm and 70 mm at heights of 1.73 m and 3.22 m. For this reason a large scale experimental set-up has been designed, constructed and operated according to construction standards. Flow pattern maps are presented for both tubes and effect of diameter and height on the transition curves between flow patterns is investigated. Air and water are used as working fluids. Superficial velocities of air and water for 40 mm tube are 0.054-9.654 m/s and 0.015-0.877 m/s; and are 0.038-20.44 m/s and 0.036-1.530 m/s for 70 mm tube, respectively. By changing the tube diameter from 40 mm to 70 mm, slug pattern region shrinks considerably. Inlet is designed to be "annular" for which bubbly flow in 70 mm tube is not observed in low water superficial velocities. However, this pattern is observed in higher water and lower air superficial velocities. For both tubes, the main flow regimes observed are bubbly, slug, churn and annular. The results obtained using image processing technique show that bubbly regime in 40 mm can be divided into three sub-patterns called dispersed, agitated and agglomerated bubbly. In addition, two sub-patterns are recognized in slug regime as large slug and small slug. Also, semi-annular pattern is observed as an independent flow pattern in tube with inner diameter of 70 mm which has not been analyzed accurately up to now.