Abstract

Praca poświęcona jest analizie sił poprzecznych działających na pojedynczy pęcherzyk poruszający się w sąsiedztwie pionowej ścianki. Pęcherzyk modelowano w badaniach sztywną kulą. głównym celem pracy było określenie wpływu obecności ścianki na trajektorię pęcherzyka oraz zaproponowanie własnego modelu matematycznego opisującego to zjawisko. Dla realizacji celu zbudowano stanowisko pomiarowe, na którym w pierwszej fazie badań dokonano obserwacji przyściennej trajektorii ruchu pęcherzyka powietrznego, a następnie przeprowadzono systematyczne badania eksperymentalne z wykorzystaniem trzech kul o różnych średnicach wykonanych z poliamidu.Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń wykazano, że pionowa ścianka kanału wyraźnie wpływa na trajektorię ruchu pęcherzyka i sztywnej kuli - w obu przypadkach jest to ruch periodyczny. Dla zakresu liczby reynoldsa zdefiniowanej w oparciu o średnicę kuli (reb=600 -1800) odnotowano ruch płaski, przy czym tor kuli jest zależny od jej początkowego położenia względem ścianki - wraz ze wzrostem odległości początkowej kula przechodzi z ruchu płaskiego w ruch prostoliniowy, co świadczy o zaniku oddziaływania ścianki. Na podstawie modelowania matematycznego, opierającego się na bilansie sił działających na kulę, w zakresie ruchu płaskiego zaproponowano formułę umożliwiającą obliczanie siły odpychającej kulę od ścianki. W efekcie analizy danych eksperymentalnych i modelowania matematycznego utworzono również oryginalną korelację o charakterze wykładniczym, opisującą ''efekt ścianki'' w funkcji liczby reynoldsa, średnicy kuli i jej odległości od ścianki. Weryfikacji własnej korelacji dokonano na tle empirycznej korelacji antala oraz tomiyamy - w obu przypadkach wykazano dobrą zgodność pod względem jakościowym i ilościowym. Przydatnośc własnej korelacji oceniono również dzięki dodatkowym obliczeniom wykonanym dla pęcherzyka powietrznego unoszącego się swobodnie w uspokojonej cieczy - obliczenia dostarczyły wyników porównywalnych jakościowo i ilościowo z wynikami uzyskanymi za pomocą modelu antala i tomiyamy. Pozwala to wnioskować, że własna korelacja wyprowadzona na podstawie badań ze sztywną kulą ma podstawy fizyczne do opisu oddziaływania ścianki na pojedynczy kulisty pęcherzyk. Własną korelację ''efektu ścianki'' zaimplementowano do modelu przepływu pęcherzykowego w warstwie przyściennej (modelu d. mikielewicza) modyfikując pole prędkości i rozkład temperatury oraz uzyskując poprawę dokładności wyników. obliczony profil stopnia zapełnienia jest bardziej zbliżony do danych eksperymentalnych marie (1991, 1997). Pozwala to lepiej prognozować hydrodynamikę i własności cieplne dwufazowego przepływu pęcherzykowego.

Author (1)