Studium proudění nemísitelných kapalin

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá studiem proudění dvou nemísitelných kapalin v horizontálním potrubí. K tomuto účelu byla sestavena zkušební trať, která umožňuje pozorovat proudění směsi kapalin skrz průhledné potrubí. Pro experiment byl vybrán mírně viskózní potravinářský olej a voda (poměr viskozit: 52,81, poměr hustot: 0,86, mezifázové napětí: 41,64 mN/m). Obě kapaliny byly přiváděny do potrubí pomocí t-kusu. Na konci tratě vytékala směs kapalin do separační nádrže, kde došlo ke zpětnému oddělení obou fází. Separovaný olej byl poté znovu využit při dalších měřeních. Průtokové množství oleje i vody mohlo být individuálně měněno pomocí regulačních ventilů, což vedlo k pozorování různých režimů toku. Ty se se zvyšující rychlostí směsi měnili od rozvrstvených toků až po plně dispergované. Všechny pozorované režimy toku byly zaznamenány do mapy toku, která je funkcí vstupních rychlostí obou kapalin. Pro další analýzu byl vytvořen i druhý typ mapy toku, která zobrazuje režimy jako funkci rychlosti směsi a objemového podílu fáze. Vybraný režim byl také simulován pomocí softwaru ANSYS FLUENT. Pro simulaci vícefázového proudění byla využita metoda VOF. Tato práce kriticky hodnotí výsledky studie a ukazuje směr pro další výzkum v oblasti proudění nemísitelných kapalin.

This thesis explores the topic of flow of two immiscible liquids in horizontal pipeline. For this purpose, the experimental apparatus has been set up, that allows to observe the flow of mixture through the transparent pipe. Moderately viscous oil and water (viscosity ratio: 52,81, density ratio: 0.86, interfacial tension: 41,64 mN/m) have been chosen for the experiment. Both fluids were introduced into the pipe through a T-junction. At the end of the apparatus, a mixture of liquids flowed into the separation tank, where both phases were separated. The separated oil was then reused for further measurements. The oil and water flow rates could be individually changed by use control valves, that led to identification of different flow regimes. These varied from stratified flows to fully dispersed ones as the mixture speed increased. All observed flow regimes were plotted in the flow map, that is a function of the inlet velocities of both fluids. For further analysis, a second type of flow map has been created that displays rates as a function of mixture velocity and phase volume fraction. Selected regime was also simulated using software ANSYS FLUENT. The VOF method was used to simulate multiphase flow. This thesis critically evaluates the results of the study and shows the direction for further research in the field of immiscible liquids flow.