Μελέτη της διαχωρισμένης ομορροής αερίου - υγρού σε ελαφρά κεκλιμένους αγωγούς

Abstract

Στην παρούσα διατριβή εξετάζεται η επίδραση του πεδίου ροής της υγρής φάσης στα κύματα της επιφάνειάς της, στην περίπτωση της διαχωρισμένης διφασικής ομορρο- ής (υγρής και αέριας) φάσης σε κεκλιμένους αγωγούς. Από μετρήσεις της αξονικής ταχύτητας του πεδίου ροής της υγρής φάσης και την ταυτόχρονη καταγραφή των χαρα- κτηριστικών της υγρής στιβάδας για διάφορες παροχές της υγρής και αέριας φάσης, για εύρος κλίσεων και διαμέτρων του αγωγού και για διάφορες φυσικές ιδιότητες της υγρής φάσης (υδατικά διαλύματα γλυκερίνης, οξικού οξέος και επιφανειοδραστικού), διαπι- στώνεται η ύπαρξη μεμονωμένων κυμάτων (solitary waves) μεγάλου πλάτους κατά την μετάβαση από τη στρωτή στη τυρβώδη ροή. Τα κύματα αυτά -που η συστηματική μελέ- τη και καταγραφή τους παρουσιάζεται για πρώτη φορά στη διεθνή βιβλιογραφία στην παρούσα εργασία- αποδεικνύεται ότι είναι άμεσο αποτέλεσμα της γένεσης τυρβώδων δομών στην υγρή στιβάδα για αριθμούς Reynolds παρόμοιους με αυτούς στους οποίους παρατηρείται μετάβαση στην τυρβώδη ροή στη μονοφασική ροή σε οριζόντιους αγω- γούς. Είναι γνωστό -από πειράματα σε μονοφασική ροή- ότι η προσθήκη μικρών ποσο- τήτων επιφανειοδραστικών προκαλεί φαινόμενα σημαντικής τριβομείωσης και καθυστε- ρεί την εμφάνιση τυρβώδων δομών στην υγρή φάση. Στην παρούσα εργασία διαπιστώνε- ται ότι η εμφάνιση των μεμονωμένων κυμάτων συνδέεται με τη δημιουργία τυρβώδων δομών στην υγρή φάση και ελέγχεται η επίδραση των επιφανειοδραστικών στα κύματα της επιφάνειας. Από τα παραπάνω πειράματα διαπιστώνεται ότι η προσθήκη των επιφα- νειοδραστικών στην υγρή φάση έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία παχύτερων στιβάδων υγρής φάσης, τη μείωση του πλάτους των κυμάτων που δημιουργούνται εξ αιτίας της αέριας φάσης (roll waves) και τη σημαντική μείωση της πτώση πίεσης. Η ερμηνεία όλων των παραπάνω φαινομένων δίνεται με τη βοήθεια μετρήσεων της αξονικής ταχύτητας στην λεπτή στιβάδα της υγρής φάσης και σχετίζεται με τη μεγαλύτερη αντίσταση της διεπιφάνειας στην αέρια φάση και τις μεταβολές που συμβαίνουν στο πεδίο ροής της υγρής φάσης εξ αιτίας της προσθήκης μικρών ποσοτήτων επιφανειοδραστικών.