Επίδραση της κλίσης του αγωγού στη μετάπτωση σε διαλείπουσα ροή υγρού-αερίου

Abstract

Η διφασική ροή υγρού - αερίου, η ταυτόχρονη δηλαδή ροή δύο φάσεων ενός ή περισσότερων ρευστών σε οριζόντιους ή σχεδόν οριζόντιους αγωγούς, χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικές εφαρμογές (όπως συμπυκνωτές, εξατμιστήρες, μεταφορά πετρελαίου, φυσικού αερίου και γεωθερμικών ρευστών). Η πρόβλεψη του καθεστώτος της διαλείπουσας ροής (slug flow) που παρατηρείται κατά τη διφασική ροή είναι μείζονος βιομηχανικής σημασίας καθώς χαρακτηρίζεται από απότομες αυξήσεις της πίεσης, γεγονός ανεπιθύμητο στις περισσότερες εφαρμογές. Τα τελευταία 50 χρόνια έχει πραγματοποιηθεί εκτενής μελέτη της διφασικής ροής σε αγωγό, ωστόσο περιορίζεται κυρίως στο σύστημα ροής νερού - αέρα σε οριζόντιους ή κατακόρυφους αγωγούς. Ελάχιστες είναι οι εργασίες που διερευνούν τη διφασική ροή σε κεκλιμένους αγωγούς ή την επίδραση των φυσικών ιδιοτήτων των ρευστών στις διάφορες μεταπτώσεις. Σε αυτήν την μεταπτυχιακή εργασία γίνεται μία προσπάθεια πειραματικής μελέτης της επίδρασης της κλίσης του αγωγού στους χάρτες των καθεστώτων ροής καθώς και των φυσικών ιδιοτήτων της υγρής φάσης κατά τη μετάπτωση από διαλείπουσα ροή σε διαστρωματωμένη ροή με κύματα σε ανηφορική ροή. Αρχικά γίνεται μία συγκεντρωτική αναφορά σε παλαιότερες μελέτες και συγκρίνονται τα αναφυόμενα αποτελέσματα και συμπεράσματα. Στην συνέχεια δίνεται μία περιγραφή της πειραματικής διάταξης και διαδικασίας. Ακολουθεί η παρουσίαση των αποτελεσμάτων και η προσπάθεια για την εξήγηση αυτών. Τέλος, συνοψίζονται τα συναγόμενα συμπεράσματα και γίνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ανηφορική κλίση του αγωγού ευνοεί την εμφάνιση του καθεστώτος διαλείπουσας ροής εις βάρος της διαστρωματωμένης. Τέλος, η αύξηση του ιξώδους της υγρής φάσης έχει σταθεροποιητική επίδραση στη διαστρωματωμένη ροή με κύματα, όπως και η μείωση της επιφανειακής τάσης της υγρής φάσης, ωστόσο ευνοούν την ανάπτυξη διαλείπουσας ροής σε μεγαλύτερο εύρος παροχών αέριας φάσης.