Διφασική ροή σε κεκλιμένο κλειστό αγωγό

Abstract

Ο συμπαρασυρμός αέρα στην υδραυλική μηχανική, ορίζεται ως η παγίδευση φυσαλίδων αέρα που προσάγονται εντός της τυρβώδους ροής. Η παράσυρση φυσαλίδων αέρα μπορεί να είναι τοπική ή συνεχής κατά μήκος της διεπιφάνειας αέρα-νερού. Το παραπάνω φαινόμενο επηρεάζει σημαντικά τα χαρακτηριστικά της ροής, καθώς την καθιστά διφασική. Μελετάται δηλαδή η ροή νερού-αέρα.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναλύεται διεξοδικά το φαινόμενο του συμπαρασυρμού αέρα και περιγράφονται τα χαρακτηριστικά της ροής σε έναν κλειστό κεκλιμένο αγωγό. Ειδικότερα, πραγματοποιείται ενδελεχής έλεγχος των υπαρχουσών επιστημονικά αποδεδειγμένων σχέσεων για τους υδραυλικούς υπολογισμούς που διεξάγονται στα πλαίσια της ανάλυσης της ροής.

Τη θεωρητική αυτή ανάλυση, διαδέχεται μια υπολογιστική εφαρμογή, όπου πραγματοποιείται πλήρης υπολογισμός των υδραυλικών μεγεθών, για διάφορες τιμές της κλίσεως του αγωγού τόσο για ανοδική όσο και για καθοδική ροή. Βασικά μεγέθη που μελετώνται είναι το κλάσμα υγρού (ή αλλιώς υγρή κοίτη όπως ονομάζεται-liquid holdup) αλλά και η μεταβολή της πίεσης. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται μεταξύ τους για τις διάφορες κλίσεις αγωγού αλλά και σε σχέση με κάποια πειραματικά αποτελέσματα άλλων ερευνητών.

Συγκεφαλαιώνοντας, παρουσιάζεται μια συγκριτική αξιολόγηση των συμπερασμάτων αυτών, ενώ παράλληλα γίνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα. In hydraulic engineering, air bubble entrainment is defined as the entrapment of air bubbles and pockets that are fed into the turbulent flow. The entrainment of air packets can be local or continuous along the air–water interface. The phenomenon described above, affects significantly the characteristics of the flow. The air-water flow is studied, which implies that we refer to a two - phase flow.

The characteristics of the flow occurring in a closed sloping pipe as well as the phenomenon of air entrainment are analyzed in detail throughout this study. More specifically, meticulous research is carried out about the scientifically proven scientific relations for the hydraulic calculations performed in the analysis of flow.

This theoretical analysis is followed by a design example, in which a full calculation of hydraulic sizes for various inclination values both in upward and downward flow takes place. The basic hydraulic sizes studied are the liquid holdup as well as the pressure drop. A comparison about the results for various inclination values takes place. In addition to this, the results of the design example are compared with the experimental results given by other researchers.

To sum up, a comparative assessment of these conclusions is presented, while suggestions for further and future research are made.