Kare kesitli mini kanallarda iki fazlı akışın incelenmesi

Abstract

Hava kabarcığı akışı, sıvı ara akış bölmeleri ile ayrılmış, neredeyse dar kanalın tüm kesit alanını kaplayan ve birbirlerini takip eden gaz kabarcıklarından oluşur. Çok fazlı yekpare reaktörler, aşağı eşyönlü veya yukarı eşyönlü olarak çalıştırılabilirler. Bu olgu, sıvı akış ara bölmesinin içerisinde yer alan bir parçacığın bu bölmenin bir ucundan diğerine gidene kadar geçen sürenin, bu bölmenin kendi uzunluğu kadar bir mesafeyi kat etmesi için geçen sürenin zamanına oranı olarak tanımlanan devridaim zamanı (?cir) ile ilişkilendirilmiştir.Bu çalışmada kare kesitli mini kanallarda çok fazlı akışın hidrodinamiği sayısal olarak incelenmiş ve Dresden Teknik Üniversitesinden alınan deney sonuçlarıyla karşılaştırılarak desteklenmiştir. Farklı şartlarda farklı Kılcallık sayıları (0.04-0.67) CaºµLUB/s, ve Reynolds sayıları (1.23-18.2) hesaplanmıştır.Simülasyonlarda kullanılan birim hücre uzunlukları ( 4 ? Luc / Dh ? 6 ) ve epsilon değerleri yaklaşık olarak hesaplanmıştır. Deneyler 1mm x 1mm ölçülerinde kare kesitli saydam bir kanalda yapılmıştır. Akışkan çiftleri Squalan-Nitrojen, Alpha-Methylstyrol (AMS)-Nitrojen, Su-Nitrojen olarak seçilmiştir. Şartlar 20 bar basınç ve 25 °C sıcaklık olarak belirlenmiştir. Hava kabarcığı enjeksiyonu IMVT mikro karıştırıcı ve T bağlantısıyla yapılmıştır. Elde edilen hava kabarcığı şekilleriyle, deney sonuçları, geniş Ca ve Re sayıları aralığında çok iyi uyum göstermiştir. Sayısal ve deneysel olarak hava kabarcığının çapının sadece Ca sayısına göre değil aynı zamanda kabarcık hacmine göre de değiştiği görülmüştür.

Bubble train flow (BTF) consists of a sequence of bubbles that almost fill the cross-section of a narrow channel and are separated by liquid slugs. Multiphase monolith reactors can be operated in co-current upward or co-current downward flow. This is attributed to the lower recirculation time, ?cir, which is defined as the ratio of the time needed by a particle in the liquid slug to travel from one end to the other and the time needed by the slug to travel a distance of its own length.Hydrodynamics of viscous co-current downward bubble train flow in a square mini-channel are investigated numerically and validated by using experimental results obtained in TU Dresden. A series of computations for different values of the Capillary number (0.04 ? 0.67), Ca º µLUB/s and of the Reynolds number (1.23 ? 18.2) is performed.In the simulations the unit cell length (4 ? Luc / Dh ? 6 ) and gas holdup where chosen rather arbitrarily. Experiments are done in a transparent square channel with 1 mm ´ 1 mm cross section. Fluid pairings are chosen as Squalan ? Nitrogen, Alpha-Methylstyrol (AMS) ? Nitrogen and Water ? Nitrogen. Conditions are chosen as 20 bar for pressure, 25 °C for temperature. Bubble injection is done by IMVT micro-mixer and T-junction in co-current downward flow. Computed bubble shapes agree very well with experimental ones for wide range of Capillary number and Reynolds number. It is shown numerically and experimentally that bubble diameter depends not only on Ca but also on bubble volume.