Μελέτη της επίδρασης του ιξώδους στα χαρακτηριστικά της οριζόντιας διφασικής ροής

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σκοπό την μελέτη της επίδρασης του ιξώδους στα χαρακτηριστικά της διφασικής οριζόντιας ροής, και την πληρέστερη κατανόηση των περιοχών ροής και των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα. Για την υλοποίηση των παραπάνω χρησιμοποιήθηκε κατάλληλη πειραματική διάταξη, με αγωγό ροής των δυο φάσεων από plexiglas διαμέτρου 2,4cm. Χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα διαφορετικά μίγματα υγρού, 1, 5, 11 και 19cP. Για την αλλαγή του ιξώδους του υγρού χρησιμοποιήθηκε γλυκερίνη. Το διφασικό μίγμα που χρησιμοποιήθηκε είναι αέρας -νερό/ γλυκερίνη. Τα καθεστώτα ροής που παρουσιάστηκαν είναι : στρωματωμένη ροή με ή χωρίς κύματα, διαλείπουσα, ψευδοδιαλείπουσα και δακτυλιοειδής ροή. Για κάθε σύστημα αέρα - υγρού κατασκευάστηκαν χάρτες καθεστώτων ροής και έγινε σχολιασμός των μηχανισμών που διέπουν τις μεταπτώσεις του διφασικού μίγματος από περιοχή σε περιοχή. Η ταυτοποίηση των καθεστώτων ροή έγινε με οπτική παρατήρηση και τεκμηριώθηκε με φωτογράφηση. Επιπρόσθετα, έγινε μέτρηση της υγρής στοιβάδας με άμεση μέθοδο, αλλά και με την αγωγιμομετρική μέθοδο. Στην αρχή περιγράφονται οι ορισμοί των καθεστώτων ροής και παρουσιάζονται κάποιοι προτεινόμενοι χάρτες. Επίσης γίνεται αναφορά για κάποια χαρακτηριστικά της ροής όπως η διασπορά σταγονιδίων στην αέρια φάση, το πάχος της υγρής στοιβάδας καθώς επίσης οι μηχανισμοί για τη μετάβαση σε κάθε καθεστώς ροής, περιγραφή των βασικών μοντέλων της διφασικής ροής και μοντελοποίηση κάποιων καθεστώτων ροή, όπως η διαχωρισμένη και η δακτυλιοειδής ροή. Στη συνέχεια γίνεται η περιγραφή του πειραματικού εξοπλισμού και διαδικασίας μετρήσεων καθώς επίσης η παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων και ο σχολιασμός τους. Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και οι προτάσεις για περαιτέρω μελέτη της διφασικής ροής καθώς επίσης και η βιβλιογραφία. Στο παράρτημα που υπάρχει στο τέλος της εργασίας παρουσιάζονται οι βαθμονομήσεις των οργάνων. Σύμφωνa με τους χάρτες καθεστώτων ροής το πρώτο βασικό συμπέρασμα που βγαίνει είναι ότι υγρά με χαμηλό ιξώδες χρειάζονται μεγαλύτερες παροχές υγρού για να ξεκινήσει η μετάπτωση σε διαλείπουσα ροή, όταν η παροχή του αερίου είναι μικρή και μικρότερη παροχή υγρού, όταν μεγαλώνει η παροχή του αερίου. Μια άλλη σημαντική επίδραση του ιξώδους είναι το γεγονός ότι καθώς αυξάνεται το ιξώδες, χρειάζεται μεγαλύτερη παροχή αερίου για να ξεκινήσουν τα κανονικά δισδιάστατα κύματα. Επιπλέον, με αύξηση πάλι του ιξώδους, μικραίνει η περιοχή των δισδιάστατων κυμάτων. Στις περιοχές αυτές που παρατηρούνται αλλαγές με την αύξηση του ιξώδους μετρήθηκε το ύψος της υγρής στοιβάδας με την άμεση μέθοδο και παρατηρήθηκε η ευστάθεια που δίνει το ιξώδες στη διφασική ροή. Με την αγώγιμομετρική μέθοδο βρέθηκε το ύψος της υγρής στοιβάδας για διάφορες περιοχές ροής σε σύστημα αέρα- υγρού(ΙοΡ).