عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی تاثیر لزجت بر شکل گیری ، رشد و جدایش حباب گاز در ستون مایع
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3088;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71212
- تاریخ دفاع
- ۰۸ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- جواد اشراقی
- استاد راهنما
- پدرام حنفی زاده
- چکیده
- اهمیت جریان های دوفاز در صنعت بر کسی پوشیده نیست. از جمله کاربردهای این جریان در صنعت می توان به صنایع نفت، پتروشیمی، صنایع غذایی و داروسازی اشاره نمود. با توجه به اهمیت بالای این موضوع، تحقیقات گسترده ای بر روی رژیم های متفاوت جریان دو فاز در دو قرن گذشته انجام شده است. یکی از مهم ترین و پرکاربردترین انواع جریان دوفاز، حالت دو فاز گاز–مایع می باشد. در این حالت رژیم های متفاوتی از رژیم حبابی تا جریان قطره ای وجود دارد. یکی از کاربردی ترین رژیم جریان دو فاز در صنعت رژیم حبابی می باشد. در این پروژه به بررسی رشد تک حباب در ستون مایع، به عنوان یکی از متداول ترین تجهیزات مورد استفاده در شبیه سازی جریان حبابی، به دو روش آزمایشگاهی و تئوری پرداخته شده است. به همین منظور مشخصه های مهم حباب در طراحی تجهیزات صنعتی، شامل قطر حباب، فرکانس تشکیل حباب، و زاویه تماس حباب با سوزن، مورد توجه قرار گرفته و حساسیت آن ها نسبت به پارامترهای تاثیرگذار بر فرایند رشد حباب، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. پارامترهای تاثیرگذار بر شکل گیری، رشد، و جدایش حباب که تاثیر آنها در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته، عبارتند از: قطر تزریق کننده (در این پروژه، سوزن)، دبی گاز تزریقی به ستون مایع، ویسکوزیته مایع، و ارتفاع ستون مایع. محدوده تغییرات پارامترهای فوق نیز متناسب با خلاهای موجود در مطالعات پیشین صورت گرفته است. در کنار این موارد مقایسه ای میان تاثیر شیوه های تزریق مختلف، اینکه تزریق کننده به صورت عمودی یا افقی در داخل ستون مایع قرار گیرد، بر فرایند تشکیل حباب، با استفاده از دو دستگاه آزمایش ساخته شده صورت پذیرفته است؛ این مورد یکی از نوآوری های پروژه حاضر می باشد که برای نخستین بار نحوه تزریق هوا به داخل ستون مایع به طور همزمان و تحت شرایط یکسان در یک پژوهش مورد ارزیابی قرار می گیرد. برای انجام آزمایشات، حباب ها با استفاده از یک پمپ سرنگ و بوسیله سوزن های استاندرد در داخل ستون مایع به صورت تک ایجاد گردیدند. در زمان ایجاد حباب ها، تصاویری توسط دوربینی با قابلیت عکسبرداری با تعداد فریم بالا از آن ها ثبت شده و با استفاده از تکنیک پردازش تصاویر و کمک گرفتن از نرم افزار MATLAB، پارامترهای مورد نیاز از تصاویر ضبط شده استخراج گردیده-است. همچنین با کمک گرفتن از قانون دوم نیوتن و بررسی تعادل نیروها در حین رشد حباب، روابطی برای قطر حباب جدایش و فرکانس تولید حباب ها استخراج گردید تا به تحلیل نتایج بدست آمده از آزمایشات کمک نماید. در ادامه حساسیت نتایج بدست آمده، که شامل قطر جدایش و فرکانس تولید حباب بوده، به تغییرات پارامترهای مورد آزمایش در این پژوهش مورد سنجش قرار گرفته است. در پایان نتایج مستخرج برای ارائه یک رابطه پارامتری جهت پیش بینی قطر جدایش حباب مورد استفاده قرار گرفت؛ بر خلاف روابطی که تا پیش از این برای پیش بینی قطر جدایش حباب ارائه شده بود و از اثرات تغییر ارتفاع ستون مایع صرف نظر شده بود، در رابطه ارائه شده در پروژه حاضر تاثیر این عامل نیز در نظر گرفته شده است. با انجام آزمایشات، مشخص گردید که در سیالات با ویسکوزیته بالاتر، قطر سوزن تزریق کوچکتر، و دبی هوای تزریق کمتر، حباب های کروی تری ایجاد می شوند. همچنین افزایش قطر سوزن تزریق، ویسکوزیته مایع، و دبی هوای تزریقی منجر به افزایش حجم حباب های جدا شده در نوک سوزن گردیدند. لغات کلیدی: جریان دوفاز، رژیم حبابی، مطالعه آزمایشگاهی، تکنیک پردازش تصویر، تاثیر لزجت، مشخصه های جدایش حباب
- Abstract
- The formation, growth and departure of the bubble are the basic subjects in gas-liquid two-phase flow researches. The present work provides a better understanding of the formation mechanism of bubbles in stagnant liquid in a rectangular tank by way of an experimental investigation on bubble release through submerged needles under constant air flow injection. To do so, the effects of four important governing parameters were studied and bubble frequency and bubble detachment diameter were measured as a function of gas flow rate for four different needle diameters in four different liquids and three different submergence heights. Air injection flow rates between 200 mlph and 1200 mlph were tested for needles of diameter 1.6 mm, 1.19 mm, 1.07 mm, and 0.84 mm in liquids with viscosities of 0.001, 0.1, 0.35, and 1 Pa.s. In addition, effects of horizontal and vertical injection systems were analyzed. Bubble generation process investigated experimentally with the aid of high speed photography and acquired sequential images were processed by the digital image processing algorithm. The results show that increased needle diameter, liquid viscosity, and gas flow rate, and decreased submergence height result in a larger bubble at the departure. Finally, experimental data were utilized to train the feed-forward back propagation neural network design for bubble detachment diameter estimation and generate a new correlation for prediction of the bubble detachment diameter. The mean absolute error between proposed correlation and experimental data was 0.08. Keywords: Bubble growth; Experimental study; Submerged needles; Bubble detachment characteristics; Neural network; Bubble diameter correlation
