مطالعه تجربي هيدروديناميك الگوي اسلاگ در لوله‌هاي عمودي رو به بالا

Experimental Study of Hydrodynamics of Slug Flow Pattern in Vertical Upward Pipes

پژوهش حاضر با هدف بررسي رفتار هيدروديناميكي الگوهاي اسلاگ در لوله‌اي از جنس اكريليك شفاف، به قطر داخلي mm 40 و طول m33/3 انجام شده‌است. براي انجام آزمايش‌ها از سيستم آزمايشگاهي عمودي ساخته شده در دانشگاه تربيت مدرس تهران استفاده شده است. به كمك تكنيك پردازش تصوير، فيلم‌هاي برداشت شده از ساختار جريان بررسي شده و مشخصه‌هايي هم‌چون طول و سرعت ميانگين حباب تيلور و اسلاگ مايع بين آن‌ها به دست آمده است. هم‌چنين مسير ميانگين حركت دماغه حباب تيلور در اين قطر لوله نيز براي محدوده مشخصي از طول لوله استخراج شده است. بررسي نمودارهاي چگالي احتمال به دست آمده نشان مي‌دهد كه افزايش طول حباب تيلور رابطه مستقيمي با طول اسلاگ مايع دارد و حباب‌هاي تيلور با طول كوچك‌تر سرعت صعود بالاتري دارند. هم‌چنين با توجه به نتايج حاصل، دماغه حباب از محدوده 20% ± اطراف محور مركزي لوله تجاوز نمي‌كند. رابطه‌اي تجربي بر اساس سرعت حركت حباب تيلور و مجموع سرعت‌هاي ظاهري فازها ارايه شده است كه نشان مي‌دهد رابطه معروف نيكلين براي اين قطر لوله ناكارآمد است.

Present research has been done with the aim of investigating hydrodynamic behavior of slug flows in a transparent acrylic tube with inner diameter of 40 mm and height of 3.33 m. The vertical experimental system constructed in Two-Phase Flow lab in Tarbiat Modares University was used to perform the necessary experiments. By using image processing technique, recorded movies of flow structures were analyzed and some important characteristics of slug flow such as length and velocity of Taylor bubbles and liquid slugs between them were extracted. In addition, the average path line of Taylor bubble nose was computed in a proper range of the tube length. The acquired probability density functions show that there is a direct relationship between the increase of Taylor bubble length and the liquid slug length moving after it. Also, rising velocity of shorter Taylor bubbles is higher than the longer ones. Results show that bubble nose does not violate ± 20 % around the center line of the tube. An experimental correlation based on the Taylor bubble velocity and total superficial velocities of phases is presented which shows that the famous Nicklen correlation does not work well for this tube diameter.