Υπολογιστική διερεύνηση διφασικής ροής νερού-αέρα σε αγωγό με διαχωριστή τύπου-Τ

• Κύριος συγγραφέας: Πυριόχος, Ιωσήφ
• Άλλοι συγγραφείς: Pyriochos, Iosif
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Διακλάδωση τύπου Τ; Διφασική ροή αέρα-νερού; T-junction; Two phase air-water flow

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη του βαθμού διαχωρισμού για την περίπτωση της διφασικής ροής νερού – αέρα όταν αυτή συναντά μονή διακλάδωση τύπου Τ, που σχηματίζει γωνία 30ο με το οριζόντιο επίπεδο. Ακόμα, υπολογίστηκε το ποσοστό συμπαράσυρσης της υγρής φάσης στο κεκλιμένο τμήμα της διακλάδωσης καθώς και η πτώση πίεσης στην περιοχή διαχωρισμού της ροής. Τέλος, διερευνήθηκε η πτώση πίεσης στο οριζόντιο τμήμα του αγωγού πριν τη διακλάδωση και συγκρίθηκε με αντίστοιχα αποτελέσματα από θεωρητικά μοντέλα. Αρχικά, μελετήθηκε ελληνική και διεθνής βιβλιογραφία συναφής με το φαινόμενο διαχωρισμού των φάσεων ενός πολυφασικού μίγματος καθώς και του φαινομένου της πτώσης πίεσης καθώς τα συγκεκριμένα φαινόμενα χαρακτηρίζονται από μεγάλη πολυπλοκότητα. Στη συνέχεια, προσδιορίστηκε ο αναμενόμενος τύπος ροής βάσει των συνθηκών ροής, υπολογίστηκε το κλάσμα κενού, η διατμητική τάση τοιχώματος καθώς και στοιχεία απαραίτητα για την σχεδίαση του πλέγματος του προβλήματος όπως το ύψος του πρώτου υπολογιστικού κελιού καθώς και το μήκος του αγωγού εισόδου. Γνωρίζοντας αυτά σχεδιάστηκε η σχετική γεωμετρία του προβλήματος στο σχεδιαστικό περιβάλλον του Rhinoceros 3D η οποία εισήχθη στο περιβάλλον του Ansys Mesh για την κατασκευή του υπολογιστικού πλέγματος. Στη συνέχεια μέσω του κώδικα Fluent ορίστηκε σαφώς το υπό μελέτη πρόβλημα και πραγματοποιήθηκε η υπολογιστική του επίλυση. Μελετήθηκαν τρία (3) διαφορετικά ζεύγη παροχών αέρα – νερού και συγκεκριμένα οι παροχές όγκου αέρα ήταν: α) 18 L⁄min, β) 30 L⁄min, γ) 40 L⁄min ενώ οι αντίστοιχες παροχές όγκου νερού ήταν: α) 8.33 L⁄min, β) 25 L⁄min και γ) 33.33 L⁄min. Το υπό σχεδίαση μοντέλο αποτελούνταν από δύο διαφορετικές εισόδους – ποτήρια, το ένα μέσα στο άλλο όπου το εξωτερικό είχε διάμετρο 40 mm και το εσωτερικό 20 mm. Ενδιάμεσα των δύο εισερχόταν το νερό ενώ εσωτερικά του μικρότερου ο αέρας. Μετά από 200 mm, το μήκος των δύο αυτών ποτηριών, τα δύο ρευστά αναμειγνύονται εισερχόμενα στον οριζόντιο αγωγό διαμέτρου 20 mm και μήκους 700 mm. Στη συνέχεια το διφασικό μίγμα διαχωρίζεται συναντώντας διακλάδωση τύπου Τ, 30ο όπου τα τμήματα των δύο αγωγών εξόδου είναι 300 mm. Το συνολικό μήκος της εγκατάστασης είναι 1200 mm και το ύψος 245 mm. Τα αποτελέσματα της υπολογιστικής διερεύνησης κατέδειξαν ασυμφωνία σε σχέση με τα θεωρητικά μοντέλα όπως στο είδος της διφασικής ροής, ενώ τα μετρούμενα μεγέθη μεταβάλλονταν σημαντικά με τα διαφορετικά ζεύγη παροχών. Τέλος, παρατηρήθηκε σημαντική απόκλιση στη βαθμίδα πίεσης μεταξύ των θεωρητικών μοντέλων του Ομογενούς και των Lockhart – Martinelli σε σχέση με των Beggs – Brill, το οποίο ωστόσο ήταν πιο ακριβές σε σχέση με τα υπολογιστικά αποτελέσματα.