بررسي تجربي كاهش اتلاف هد به وسيله ي حباب هاي هوا در جريان تيلور-كوئت آشفته

Experimental investigation of head resistance reduction by air bubbles in turbulent Couette-Taylor flow

در اين تحقيق، اثر تزريق حباب‌هاي كوچك روي اتلاف هد جريان محصور در فضاي حلقوي بين دو استوانه هم‌محور (سيستم تيلور-كوئت) بطور تجربي بررسي شد. به منظور تعيين اتلاف هد، اختلاف فشار جريان بين دو نقطه‌ي معين در راستاي محور استوانه‌ها اندازه‌گيري گرديد. طبق تغييرات عدد رينولدز دوراني و محوري، جريان تيلور-كوئت ايجاد شده كاملا آشفته بود و گردابه هاي تيلور در فضاي حلقوي ظاهر شدند. آب به عنوان سيال عامل و هوا با شرايط اتاق براي توليد حباب‌ها استفاده شدند كه از قسمت تحتاني سيستم به داخل فضاي حلقوي تزريق شدند. به منظور تعيين قطر و آرايش حباب‌ها در جريان تكنيك مجسم سازي جريان استفاده شد. نتايج اوليه نشان دادند كه حباب‌هاي هوا مي‌توانند در بهترين حالت اتلاف هد را تا 60% كاهش دهند. با افزايش عدد رينولدز دوراني اتلاف هد افزايش يافت؛ پديده اي كه با تجمع حباب‌هاي كوچك در هسته‌ي گردابه‌هاي تيلور و افزايش انتقال مومنتم توجيه شد. گرچه در اعداد رينولدز دوراني كوچك، كاهش چگالي جريان توسط حباب‌ها پارامتر اصلي در كاهش اتلاف هد مطرح شده است. در اين رژيم مشاهده شد كه افزايش عدد رينولدز محوري افت اتلاف هد را افزايش مي‌دهد كه نشان از ميرا شدن گردابه‌ها توسط جريان محوري است.

The effect of samll bubles injecting on the head resistance of the flow closed between co-axial cylinders (Couette-Taylor system) was experimentally investigated In this research,. The Pressure difference of flow between two certain point along axis cylinders was measured to determaine haed resistance. According to variations of rotary and axial Reynolds numbers, the made Couette-Taylor flow was fully turbulent and Taylor vortices appeared in the annulus gap. Water as working fluid and the air with room condition were used to produce small bubbles which were injented into anuulus gap at the bottom of system. Flow visualization technique is used to determine diameters and distribution of bubbles in flow. The preliminary results showed that the air bubbles can reduce the head resistance up to up to 60% in the best case. Head resistance is increased as the rotary Reynolds number is increased, a phenomenon which can be explained in terms of the accumulation of bubbles into Taylor vortex cores and enhancement of momentum transfer. However, in the small rotary Reynolds numbers, the reduced fluid density by air bubbles plays a major role in head resistance reduction. In this regime, it observed that incresing axial Reynolds number promotes head resistance reduction, which is due to damping vortices by axial flow.