Επίδραση της επιφανειακής τάσης στη διφασική ροή αέρα-υγρού σε οριζόντιο αγωγό

Abstract

Η διφασική ροή υγρού-αερίου, δηλαδή η ταυτόχρονη ροή δύο φάσεων ενός ή περισσότερων ρευστών σε οριζόντιους ή σχεδόν οριζόντιους αγωγούς, απαντάται 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 μελετηθεί συστηματικά η διφασική ροή υγρού-αερίου σε αγωγούς. Ωστόσο οι περισσότερες από αυτές τις μελέτες εστιάζονται στο σύστημα ροής νερού-αέρα σε οριζόντιους ή κατακόρυφους αγωγούς. Σχετικά ολιγάριθμες είναι οι μελέτες που διερευνούν τη διφασική ροή με τη χρήση άλλων ρευστών και την επίδραση των φυσικών ιδιοτήτων των ρευστών στις διάφορες μεταπτώσεις. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της επιφανειακής τάσης στη διαμόρφωση των περιοχών ροής με την κατασκευή χαρτών περιοχών ροής διφασικών συστημάτων αέρα-υγρού. Οι παρατηρήσεις και οι μετρήσεις γίνονται σε οριζόντιο αγωγό μήκους 12,75 m και διαμέτρου 0,024 m. Η αναγνώριση των περιοχών ροής γίνεται με οπτική παρατήρηση. Τα υγρά που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα είναι νερό (σ=72 dyn/cm), μίγμα νερού- ισοπροπανόλης 5% (σ=50 dyn/cm) και μίγμα νερού-SDS 1CMC (σ=22 dyn/cm). Οι εν λόγω ουσίες (ισοπροπανόλη, SDS) χρησιμοποιήθηκαν λόγω της ιδιότητάς τους να μειώνουν την επιφανειακή τάση. Αρχικά γίνεται μία αναφορά σε παλαιότερες μελέτες και θεωρητικά μοντέλα ερευνητών που αφορούνε τη διφασική ροή γενικότερα αλλά και σε μελέτες που αφορούν την επίδραση της επιφανειακής τάσης στους χάρτες των καθεστώτων ροής. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι η μείωση της επιφανειακής τάσης οδηγεί στη μετάπτωση της ροής από το ένα καθεστώς ροής σε άλλο σε χαμηλότερες φαινομενικές ταχύτητες αερίου, απάλειψη κάποιων καθεστώτων ροής και αύξηση του εύρους κάποιων άλλων.