| Περίληψη: | Οι διαχωριστές μιγμάτων αποτελούν αναπόσπαστα εξαρτήματα σε εγκαταστάσεις της πετρελαϊκής, χημικής και πυρηνικής βιομηχανίας. Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η υπολογιστική και πειραματική διερεύνηση της ροϊκής συμπεριφοράς πολυφασικών ροών σε ενεργειακά παθητικά συστήματα διαχωρισμού φάσεων. Παρουσιάζεται ένας εναλλακτικός τρόπος διαχωρισμού διφασικής ροής νερού – αέρα με το διαχωριστή τύπου κοιλότητας. Η αρχή λειτουργίας του διαχωριστικού μηχανισμού βασίζεται στην ανακυκλοφορία του στροβίλου της αέριας φάσης μέσα σε μια κατακόρυφη προς την κατεύθυνσης ροής κοιλότητα, χωρίς να απαιτείται επιπλέον δαπάνη ενέργειας. Ο προτεινόμενος διαχωριστής, μελετήθηκε πειραματικά και υπολογιστικά, με το εμπορικό CFD λογισμικό ANSYS Fluent, με τα αποτελέσματα να παρουσιάζουν πολύ καλή συμφωνία.
Στις αρχικές προσομοιώσεις και στα πειράματα, χρησιμοποιήθηκε αγωγός ορθογωνικής διατομής με υδραυλική διάμετρο Dh: 34 mm. Η θέση της οπής εξόδου του διαχωριστή βρίσκεται στην άνω επιφάνεια της κοιλότητας για εκμετάλλευση της διαφοράς πυκνοτήτων μεταξύ των ρευστών. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε υπολογιστική και πειραματική διερεύνηση σε διαχωριστές με διαφορετικούς λόγους επιμήκους AR (0.6, 1.1 και 2.2). Η επόμενη διερεύνηση, εξετάζει την απόδοση διαχωρισμού η (%), με αγωγό στραμμένο κατά 90⁰ και τρεις συμμετρικούς διαχωριστές AR: 1. Η απόδοση η (%) βελτιώθηκε στις χαμηλές παροχές αέριας και υγρής φάσης. Ακολούθως, εξετάζεται η συμπεριφορά μεμονωμένου διαχωριστή σε πέντε θέσεις (5, 10, 15, 20 και 25Dh), καθώς και ο συνδυασμός δύο, τριών και πέντε εν σειρά διαχωριστών. Η βέλτιστη απόδοση επιτυγχάνεται με ένα διαχωριστή στη θέση 10Dh από την είσοδο. Επιπλέον, εξετάστηκε η περίπτωση εφαρμογής πτερυγίου στην περιοχή του διαχωριστή και επιτεύγχθηκε υψηλή απόδοση, με διαχωριστή τοποθετημένο στην άνω επιφάνεια και πτερύγιο 90⁰ ως προς τη ροή.
Η πειραματική διερεύνηση της κατακόρυφης διφασικής ροής, με μεμονωμένους διαχωριστές είτε συνδυασμούς αυτών, με AR: 1 και 2.2, οδήγησε σε χάραξη ροϊκών χαρτών. Αποδοτικότερος, αποδείχτηκε ο συνδυασμός των δύο εν σειρά διαχωριστών AR: 1. Έπειτα, πραγματοποιήθηκε σύγκριση της πτώσης πίεσης μεταξύ του μοντέλου της ομογενούς και της διασκορπισμένης ροής με τις τιμές πίεσης του Fluent. Τέλος, ο διαχωριστής εφαρμόζεται σε σύνθετες συνδεσμολογίες σωληνώσεων οριζόντιας – κατακόρυφης διφασικής ροής. Επίσης, γίνεται συγκριτική μελέτη με μείγμα μεθανίου – πετρελαίου με ικανοποιητικές αλλά χαμηλότερες αποδόσεις συγκριτικά με το μείγμα νερού – αέρα.
Στο Παράρτημα παρουσιάζονται όλες οι πειραματικές συνθήκες σε Πίνακες, η διαδικασία υπολογισμού του ύψους του πρώτου κελιού y, επιπλέον πειραματικό φωτογραφικό υλικό καθώς και κατασκευαστικά σχέδια.
|
|---|
