Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/12914
Title: Υπολογιστική διερεύνηση συμπεριφοράς διαφασικής ροής αέρα-νερού σε σύστημα αγωγών κυκλικής διατομής με διακλάδωση τύπου Τ υπό γωνία 45°
Other Titles: Computational investigation of an air-water two-phase flow in a small circular cross-section pipeline system with a T-junction branch tilted at 45°
Authors: Ανδρεάκης, Χαράλαμπος
Keywords: Διακλάδωση τύπου Τ
Βαθμός διαχωρισμού
Υπολογιστική διερεύνηση
Διφασική ροή
Ποσοστό συμπαράσυρσης υγρής φάσης
Πτώση πίεσης
Μίγμα αέρα νερού
Keywords (translated): T-junction
Separation efficiency
Computational investigation
Two-phase flow
Water carryover
Pressure drop
Air-water mixture
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε ως αντικείμενο την τρισδιάστατη υπολογιστική διερεύνηση διφασικής ροής αέρα-νερού που ρέει σε σύστημα αγωγών με διακλάδωση τύπου Τ και προσανατολισμό 45°, για διάφορα σετ ογκομετρικών παροχών αέρα και νερού. Η εν λόγω υπολογιστική διερεύνηση πραγματοποιήθηκε μέσω μίας σειράς εργαλείων του προγράμματος ANSYS και συγκεκριμένα, των εργαλείων Design Modeler, με τη βοήθεια του οποίου σχεδιάστηκε η διάταξη διαχωρισμού, ANSYS Meshing, με τη βοήθεια του οποίου δημιουργήθηκε το υπολογιστικό πλέγμα και ANSYS Fluent, με τη βοήθεια του οποίου πραγματοποιήθηκε το σύνολο των απαιτούμενων υπολογιστικών προσομοιώσεων. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκαν εννέα (9) ζεύγη ογκομετρικών παροχών αέρα και νερού, και ειδικότερα τρεις (3) ογκομετρικές παροχές αέρα με τρεις (3) ογκομετρικές παροχές νερού. Αρχικά, διεξήχθη θεωρητική διερεύνηση που αποσκοπούσε στη φυσικομαθηματική ανάλυση της τυρβώδους ροής, στη μελέτη θεωρητικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της κατανομής των φάσεων μέσα στον αγωγό, καθώς και εμπειρικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της πτώσης πίεσης, αλλά και προτύπων και μοντέλων με βάση τα οποία αντιμετωπίστηκε η διφασική ροή στο λογισμικό ANSYS Fluent. Η θεωρητική διερεύνηση ολοκληρώθηκε με την ανάλυση της λειτουργίας της διακλάδωσης τύπου Τ, τους μηχανισμούς που τη διέπουν και τους τρόπους που οδηγούν στη βελτίωση της απόδοσης της λειτουργίας της. Έπειτα, από αυτό το θεωρητικό μέρος, έλαβε χώρα το υπολογιστικό τμήμα της εργασίας. Ειδικότερα, πραγματοποιήθηκαν όλοι οι προκαταρκτικοί υπολογισμοί για την κατάστρωση του προβλήματος στο πρόγραμμα ANSYS, όπως η εύρεση του μοτίβου ροής, του κλάσματος κενού, κ.λπ. Στη συνέχεια, αφού περιεγράφηκε βήμα προς βήμα η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την κατασκευή της γεωμετρίας στο Design Modeler, του υπολογιστικού πλέγματος στο ANSYS Meshing και της κατάστρωσης του προβλήματος στο περιβάλλον του ANSYS Fluent, προσδιορίστηκε υπολογιστικά, για κάθε εξεταζόμενη περίπτωση, ο βαθμός διαχωρισμού, η βαθμίδα πίεσης στον οριζόντιο κύριο αγωγό της διάταξης διαχωρισμού, αλλά και στην περιοχή της διακλάδωσης, η ταχύτητα του μίγματος και το ποσοστό συμπαράσυρσης της υγρής φάσης, ενώ μέσω της δυνατότητας οπτικοποίησης της ροής των φάσεων εντός του αγωγού αναγνωρίστηκε το αναπτυσσόμενο μοτίβο ροής σε κάθε ροϊκή συνθήκη που εφαρμόστηκε. Τελευταίος στόχος της εργασίας ήταν η αναλυτική παρουσίαση και σύγκριση των θεωρητικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων στα οποία κατέληξε, καθώς και η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων αναφορικά με τη συμπεριφορά της διακλάδωσης τύπου Τ στα διαφορετικά ζεύγη ογκομετρικών παροχών αέρα και νερού που μελετήθηκαν. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα που παρατηρήθηκαν παρουσιάστηκαν σε πίνακες αλλά και σε διαγράμματα για την καλύτερη εποπτική θεώρησή τους. Έπειτα, έγινε συγκριτική αξιολόγηση των θεωρητικών με των υπολογιστικών μετρήσεων, έτσι ώστε να εκτιμηθεί η αξιοπιστία και η ακρίβεια των θεωρητικών μοντέλων. Συγκεκριμένα, επιβεβαιώθηκε η ακριβής πρόβλεψη του μοντέλου Chisholm για την πτώση πίεσης και η κακή πρόβλεψης του μοντέλου ροής από τον ροϊκό χάρτη Baker. Τέλος, παρουσιάστηκαν τα σχετικά συμπεράσματα για την λειτουργία της διακλάδωσης ως προς τον βαθμό διαχωρισμού και το ποσοστό συμπαράσυρσης και βρέθηκε το εύρος παροχών για την βέλτιστη λειτουργία της.
Abstract (translated): The subject of the present thesis was the computational investigation of an air-water two-phase flow occurring in a separation system consisted of a tilted T-junction branch at 45°. The computational investigation was performed for various air and water volumetric flow rates and it was carried out with the aid of the ANSYS software’s tools, namely the Design Modeler application where the geometries were constructed, the ANSYS Meshing where the corresponding computational meshes were generated, and finally the ANSYS Fluent software where the behavior of the separation system was tested. There were nine (9) different flow conditions tested that resulted as the combination of three (3) different air volumetric flow rates and three (3) different water volumetric flow rates, respectively. Firstly, the theory illustrating the turbulent flows as well as the theoretical models governing the flow pattern prediction for a two-phase flow, and the empirical models developed to predict the pressure drop in such cases were thoroughly studied. Moreover, the theoretical study was focused on the possible improvements there are to enhance the separation efficiency of systems adopting T-junction branches. The other aim of the current work was the computational investigation including the study of both the separation efficiency and water carryover as well as the estimation of pressure drop values along the main horizontal pipe of the general separation system and the junction as well. Regarding the steps followed to perform the computational analysis were the geometry construction, the computational mesh generation, and the simulation of each test case carried out in the Design Modeler, ANSYS Meshing, and ANSYS Fluent applications of the ANSYS software, respectively. The final objective of the work was to present the results of the simulations and to end up to conclusions about the behavior of the T-type junction for the 9 different set of gas-water flow. The computational results were presented in tables and diagrams for a better understanding of their variation. Then, the theoretical were compared with the computational measurements in order to evaluate the reliability and accuracy of the theoretical models. The accuracy of the Chisholm model’s prediction in regards to the pressure drop and the inaccuracy of the Baker chart’s prediction of flow pattern were confirmed. Finally, the conclusions for the operation of T-junction regarding the separation efficiency and the water carryover were presented and was found the suitable set of air-water flow rate for the optimized performance of T-junction.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_ΑΝΔΡΕΑΚΗΣ_ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ_246908.pdf3.66 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.