مطالعه‏ تجربي مشخصه‏هاي سرعت، طول و فركانس حباب‏هاي تيلور در جريان دوفازي گاز-مايع داخل يك زانويي بزرگ

Experimental study of length, velocity and frequency of taylorbubbles in gas-liquid two-phase flow in a large bend

در تحقيق حاضر به مطالعه تجربي مشخصه‏هاي حباب‏هاي تيلور در يك زانويي بزرگ متشكل از سه شيب متوالي پرداخته شده است. براي اين منظور ابتدا نمودارهاي جريان براي زانويي و مقطع افقي بالادست آن ترسيم شده است تا ناحيه مربوط به اين رژيم جريان و مكانيزم تشكيل حباب‏ها تعيين شود. سپس تاثير سرعت‏هاي ظاهري جريان‏هاي مايع و گاز و همچنين شيب كانال بر روي مشخصه‏هاي سرعت متوسط، طول و فركانس حباب‏ها بررسي شده است. بر اساس نتايج بدست آمده، با افزايش سرعت ظاهري فاز گاز و كاهش شيب در طول مسير، سرعت و طول حباب‏ها بيشتر مي‏شود، درحالي كه افزايش سرعت مايع، تاثير كاهشي بر اين مشخصه‏ها دارد. فركانس حباب‏ها نيز مستقل از تغييرات شيب، با افزايش سرعت ظاهري جريان گاز، همواره كاهش يافته و با افزايش سرعت جريان مايع، ابتدا كاهش و سپس افزايش مي‏يابد. در تعيين محدوده ‏ايمن كاربردهاي صنعتي، دبي جريان مايع مي‏بايست، با توجه به مقدار كمينه فركانس حباب‏ها انتخاب ‏شود. در حالي كه براي انتخاب مقدار مناسب دبي جريان گاز، همواره نوعي بهينه‏سازي بين كاهش فركانس و افزايش سرعت حباب‏ها با كاهش طول آن‏ها لازم است. همچنين روابطي براي طول و سرعت حباب‏ها با توجه به پيشينه تحقيق بدست آمده ولي درمورد فركانس حباب‏ها، به‌دليل روند تغييرات متفاوت و همچنين كمبود منابع در اين زمينه، روابطي بر اساس اعداد رينولدز ظاهري فازهاي پيشنهاد شده است.

Experimental investigation conducted on Taylor bubble characteristics in a large bend includingthree consecutive inclinations. For this purposes, flow maps were obtained for the bend and horizontal section of upstream of the bend to define the area of this regime and mechanism of Taylor bubble formation. The effect of superficial gas-liquid velocities and the duct slope were studied on average velocity, length and frequency of bubbles. The results show, the bubble velocity and length increase as gas superficial velocity increases and the duct slope decreases. However, liquid velocity increase has decreasing effect on this characteristics. Bubble frequency is independent of slope change and reduces as gas superficial velocity increase. However, bubble frequency reduces at first and then increase as liquid superficial velocity increases. Regarding the safety regulation for industry, the minimum of the bubble frequency should be generated for the required liquid mass flow rate. Meanwhile, for the gas velocity, some optimization is required between frequency reductions with Taylor bubble velocity increase in addition to bubble length reduction. Regarding the background of the present field with shortage of results on Taylor bubbles frequency, some correlations based on the superficial Reynolds number of phases were presented for each inclination.