Hydrodynamika układu dwufazowego ciecz-gaz w mieszalniku : wykorzystanie metod fotooptycznych

Abstract

Tematem monografii jest określenie zakresu stosowalności wybranych metod fotooptycznych w pomiarach dotyczących procesu mieszania cieczy i układu dwufazowego gaz-ciecz przez samozasysające mieszadło tarczowe. Badania dotyczyły dwóch parametrów: prędkości faz oraz rozmiarów pęcherzyków. Porównano średnie prędkości cieczy w układzie jednofazowym określone trzema metodami: znaczników przepływu, dopplerowską anemometrią laserową (LDA) oraz analizą przesunięć obrazów cząstek znacznika (PIV). Wartości prędkości w wybranych punktach mieszalnika poza obszarem mieszadła zmierzone tymi metodami wykazywały bardzo zbliżone wartości. Natomiast w pobliżu mieszadła zaobserwowano znaczące różnice. Prędkości uzyskane w pomiarach z użyciem znaczników przepływu były mniejsze niż dla pozostałych metod. Dla pomiarów prędkości cieczy w układzie dwufazowym gaz-ciecz metoda LDA okazała się nieprzydatna, gdyż bez dodatkowego osprzętu nie można odróżnić sygnału odbitego od powierzchni trasera i pęcherzyka powietrza. Znaczniki przepływu są dobrze widoczne w układzie dwufazowym, ale pęcherzyki gazu powodują ich wynoszenie ku powierzchni swobodnej cieczy, co również czyni tę metodę nieprzydatną do pomiarów. Najlepszym rozwiązaniem okazała się metoda PIV z traserem zawierającym barwnik fluorescencyjny. Pozwala ona mierzyć prędkości cieczy przy zatrzymaniu fazy gazowej mniejszym od 5%. Dzięki temu potwierdzono czynione we wcześniejszych pracach założenie, że w początkowej fazie samozasysania prędkości cieczy w układzie jedno- i dwufazowym są niemal takie same. Metodą PIV można również określać prędkość pęcherzyków gazu w cieczy.