Καθεστώτα διφασικής ροής αέρα-νερού σε οριζόντιο ή σχεδόν οριζόντιο αγωγό

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σκοπό την πληρέστερη κατανόηση των καθεστώτων διφασικής ροής αέρα-νερού σε οριζόντιο και σχεδόν οριζόντιο αγωγό και της επίδρασης της ροής προς τα κάτω στα χαρακτηριστικά της διφασικής ροής. Για την υλοποίηση των παραπάνω στόχων χρησιμοποιήθηκε μια ήδη πειραματική διάταξη στο Εργαστήριο Φυσικών και Χημικών Διεργασιών, η οποία όμως τροποποιήθηκε ριζικά. Το τμήμα στο οποίο έγιναν οι πειραματικές μελέτες αποτελείται από έναν οριζόντιο αγωγό από plexiglas μήκους 11,5 m και διαμέτρου 2.54 cm, ο οποίος μπορεί να παίρνει μικρές θετικές ή και αρνητικές κλίσεις όσον αφορά το οριζόντιο επίπεδο. Σε αυτήν την εργασία έγιναν πειράματα στον οριζόντιο αγωγό και για κλίση του αγωγού θ=-0,7°. Το διφασικό μίγμα που χρησιμοποιήθηκε στο αγωγό ήταν αέρας-νερό. Η ταυτοποίηση των καθεστώτων ροής έγινε με οπτική παρατήρηση και τεκμηριώθηκε με φωτογράφηση. Αρχικά στη Διπλωματική αυτή Εργασία περιγράφονται τα διάφορα σύμβολα και οι παράμετροι που χρησιμοποιούνται στη διφασική ροή. Επίσης περιγράφονται οι ορισμοί των διαφόρων καθεστώτων ροής. Έπειτα παρουσιάζονται χάρτες καθεστώτων διφασικής ροής σε οριζόντιο αγωγό και για την ροή προς τα κάτω (αρνητική κλίση του αγωγού). Ακόμα παρουσιάζονται τα κυριότερα μοντέλα ανάλυσης της διφασικής ροής υγρού-αέρα και περιγράφεται η διαδικασία πρόβλεψης των βασικών παραμέτρων. Επίσης γίνεται αναφορά στους κυριότερους μηχανισμούς μετάβασης των καθεστώτων ροής. Στα δυο τελευταία κεφαλαία γίνεται η περιγραφή του πειραματικού εξοπλισμού και η διαδικασία μέτρησης που ακολουθείται για το σχεδίασμά του χάρτη ροής για το οριζόντιο αγωγό και για την κλίση θ=-0,7° του αγωγού (προς τα κάτω ροή). Στη συνέχεια γίνεται μέτρηση της υγρής στιβάδας με τη άμεση μέθοδο, μια αρκετά σημαντική παράμετρος της διφασικής ροής. Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και οι προτάσεις για περαιτέρω μελέτη της διφασικής ροής. Στο παράρτημα που υπάρχει στο τέλος της εργασία παρουσιάζονται οι βαθμονομήσεις των ροόμετρων και οι τιμές της υγρής στιβάδας για την οριζόντια ροή και για την ροή προς τα κάτω.