Przepływ dwufazowy gaz-ciecz

W nawiązaniu do mieszaniny dwufazowej przy przepływie opadającym gazu i cieczy bardzo lepkiej w rurach pionowych można odnaleźć zróżnicowaną klasyfikację. W tab. 3.8 przedstawiono struktury zaobserwowane przez Troniewskiego i Spisaka [59], którzy obserwowali mieszaninę powietrze-olej (ηol≈4Pa∙s). Z kolei w tabeli 3.9 zawarto charakterystykę zaobserwowanych w tym przypadku struktur przepływu.

Tabela 3.8 Struktury opadającego przepływu dwufazowego gaz-ciecz bardzo lepka wg [59]

Pierścieniowy rdzeniowy Pierścieniowy niezafalowany Pierścieniowy falowy Pierścieniowy hydrauliczny

Pęcherzykowy Rzutowy Stalaktytowy Pianowy

Tabela 3.9 Charakterystyka struktur opadającego przepływu dwufazowego gaz-ciecz

bardzo lepka w rurze pionowej wg [8, 59]

Nazwa struktury Symbol

Pierścieniowa rdzeniowa C

Ciecz płynie w postaci filmu otaczającego rdzeń gazowy, którego średnica jest porównywalna z grubością filmu cieczy.

Pierścieniowa niezafalowana S

Strukturę taką obserwowano na granicy pomiędzy jednofazowym spływem grawitacyjnym cieczy i przepływem dwufazowym gaz-ciecz. Ciecz przepływa w postaci cienkiego gładkiego filmu, natomiast gaz jest rozmieszczony wzdłuż osi rury i nie powoduje zafalowania filmu cieczy.

Pierścieniowa falowa W

Ciecz przepływa wzdłuż ścian rury, jako zafalowany film. Rdzeń gazu płynącego z dużą prędkością często porywa nieliczne krople cieczy.

Pierścieniowa hydrauliczna A

Ciecz przepływa w postaci zafalowanego filmu po ścianie rury. Film cieczy otacza rdzeń przepływającego z dużą prędkością gazu, który porywa krople cieczy.

Pęcherzykowa B

Faza gazowa jest rozproszona do postaci pojedynczych pęcherzy w cieczy. Pęcherzyki mają kształt sferyczny i przepływają wzdłuż osi rury jeden po drugim.

Rzutowa P

Ta struktura przepływu jest podobna do struktury pęcherzykowej, ale pęcherzyki gazu są znacznie większe.

Stalaktytowa St

Faza gazowa jest rozproszona do postaci pojedynczych pęcherzy gazu w cieczy. Dodatkowo, pojawia się przepływ cieczy (w formie cienkiego strumyka) wewnątrz pęcherza gazowego, wzdłuż jego osi symetrii.

Pianowa F

Faza gazowa i ciecz są wzajemnie wymieszane z powodu na wysoce turbulentny charakter powstałej mieszaniny.

Z kolei Czernek [19] w swojej pracy doktorskiej zaobserwował podobne struktury przepływu dwufazowego gaz-ciecz bardzo lepka. Zaobserwowane przez autora formy przepływu zamieszczono w tabeli 3.10 Natomiast w tabeli 3.11 przedstawiono klasyfikację zdiagnozowanych struktur przepływu.

Tabela 3.10 Struktury opadającego przepływu dwufazowego gaz-ciecz bardzo lepka wg [19]

Pęcherzykowa Korkowa Stalaktytowa Pianowa

Pierścieniowa rdzeniowa

Pierścieniowa

gładka ^{Pierścieniowa} falowa

Pierścieniowa hydrauliczna

Tabela 3.11 Charakterystyka struktur opadającego przepływu dwufazowego gaz-ciecz

bardzo lepka w rurze pionowej wg [19]

Nazwa struktury Symbol

Pęcherzykowa B

Faza gazowa jest rozproszona w ciągłej fazie ciekłej w postaci pęcherzyków gazowych o regularnych kształtach i wymiarach liniowych wyraźnie mniejszych od średnicy rury. Pęcherzyki mają zawsze kształt odcinka paraboloidy obrotowej i przemieszczają się pojedynczo wzdłuż osi rury.

Korkowa P

Faza gazowa występuje w ciągłej fazie ciekłej w postaci dużych pęcherzy (korków) o kształcie paraboli i długości porównywalnej ze średnicą kanału. W obrębie tylnej ściany korków występuje wyraźna deformacja powierzchni międzyfazowej przybierająca formę centralnie usytuowanej wypukłości zwróconej wierzchołkiem do wnętrza korka. Korki płyną pojedynczo wzdłuż osi rury.

Stalaktytowa St

Faza gazowa występuje w ciągłej fazie ciekłej w postaci dużych pęcherzy o toroidalnym kształcie i długości porównywalnej ze średnicą kanału lub wielokrotnie ją przewyższającą. Część cieczy w postaci cienkiej strugi przemieszcza się dodatkowo w obrębie gazowego torusa.

Pianowa F

Żadna z faz nie występuje w formie ciągłej. Powierzchnia międzyfazowa podlega silnym zmianom, co do wielkości oraz kształtu i nie można wyróżnić żadnych struktur uprzywilejowanych. Przepływowi towarzyszy intensywne mieszanie się faz wzdłuż promienia i osi rury.

Pierścieniowa rdzeniowa AR

Obydwie fazy występują w formie ciągłej. Gaz przemieszcza się w postaci cienkiego rdzenia wzdłuż osi rury. Ciecz płynie z dużą prędkością jako niezafalowany lub minimalnie zafalowany film o grubości porównywalnej ze średnicą gazowego rdzenia.

Pierścieniowa niezafalowana AL

Obydwie fazy występują w formie ciągłej. Ciecz płynie po ścianie z bardzo małą prędkością tworząc gładki film całkowicie pokrywający obwód rury.

Pierścieniowa falowa AW

Obydwie fazy występują w formie ciągłej. Ciecz płynie po ścianie w postaci zafalowanego filmu, a gaz przemieszcza się wzdłuż osi rury. Wraz ze wzrostem prędkości gazu zmienia się kształt i amplituda fal.

Pierścieniowa hydrauliczna AH

Obydwie fazy występują w formie ciągłej. Gaz koncentruje się w postaci ciągłego rdzenia wzdłuż osi rury. Ciecz płynie cienką warstewką całkowicie zwilżającą obwód rury. Powierzchnia międzyfazowa jest intensywnie zafalowana. Część cieczy przy bardzo dużych prędkościach gazu unoszona jest dodatkowo przez gaz w postaci drobnych kropelek.

Autor pracy [19] dokonał także szczegółowego rozeznania i opisu struktur charakterystycznych tylko dla przepływu pierścieniowego. Poddane analizie struktury przepływu pierścieniowego przedstawiono w tabeli 3.12.

Tabela 3.12 Struktury pierścieniowe współprądowego opadającego przepływu gaz-ciecz bardzo

lepka wg [19]

Gładki film ^{Film bardzo lekko}

zafalowany

Film lekko

zafalowany ^{Film zafalowany}

Film mocno zafalowany

Film bardzo mocno zafalowany Przepływ przechodzący w hydrauliczny Przepływ filmowy hydrauliczny _{powietrze olej}

Natomiast w pracy Schmidt’a i in. [60] zamieszczono tylko dwie struktury przepływu gazu i cieczy bardzo lepkiej przy wznoszącym przepływie dwufazowym gaz-ciecz bardzo lepka, które zawarto w tabeli 3.13. Autorzy pracy prowadzili badania mieszaniny azotu i roztworów polywinylpyrrolidone (Luviskol) w wodzie o lepkości (0,001 – 7)Pa^.s w rurze o średnicy wewnętrznej 54,5mm. W celu zapobieżenia pienieniu się mieszaniny do cieczy dodawano środek Afranil T, który znacznie redukował napięcie powierzchniowe (z 66 do 36)mN/m.

Tabela 3.13 Struktury wznoszącego przepływu dwufazowego gaz-ciecz bardzo lepka wg [60]

Przepływ rzutowy Przepływ pianowy