Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/14615
Title: Υπολογιστική και πειραματική διερεύνηση διφασικής ροής αέρα-νερού σε συστήματα αγωγών κυκλικής διατομής με διακλάδωση τύπου-Τ διαφόρων προσανατολισμών
Other Titles: Computational and experimental investigation of air-water two face flow in circular pipes with T-junction separator in different orientation
Authors: Αρβανιτέλλης, Γεώργιος
Keywords: Διακλάδωση τύπου Τ
Διαχωρισμός φάσεων
Διφασική ροή αέρα-νερού
Πειραματική διερεύνηση
Keywords (translated): Air-water mixture
Experimental investigation
Flow pattern
T-junction
Separation efficiency
Abstract: Το πεδίο ενδιαφέροντος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας ήταν η υπολογιστική και πειραματική διερεύνηση διφασικής ροής αέρα-νερού. Η ροή αυτή διενεργήθηκε σε αγωγούς κυκλικής διατομής και, πιο συγκεκριμένα, σε διακλαδώσεις τύπου-Τ διαφόρων προσανατολισμών. Οι γωνίες του πλευρικού βραχίονα των διαχωριστών που μελετήθηκαν ήταν 30^0, 45^0, 90^0 μοίρες. Ειδικότερα, μελετήθηκε ο βαθμός διαχωρισμού αλλά και η μεταβολή του για σταθερή παροχή όγκου νερού και μεταβαλλόμενη παροχή όγκου αέρα, αλλά και αντιστρόφως. Η ανεύρεση και μελέτη ελληνικής αλλά και ξενόγλωσσης βιβλιογραφίας ήταν το πρώτο βήμα, ώστε να γίνει κατανοητή η διαδικασία διαχωρισμού των επιμέρους φάσεων ενός πολυφασικού μίγματος, αλλά και το πώς μπορεί να επαναληφθεί το φαινόμενο πειραματικά, αλλά και να συγκριθεί με αντίστοιχα υπολογιστικά αποτελέσματα. Επίσης, έπρεπε να διερευνηθούν τόσο οι παράμετροι που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την προκύπτουσα ροή, όσο και το μοτίβο ροής που θα αναπτυσσόταν. Μεγάλο τμήμα της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας κατείχε ο σχεδιασμός της πειραματικής διάταξης, αλλά και η κατασκευή της. Το σύνολο των εξαρτημάτων που χρησιμοποιήθηκαν στην πειραματική διάταξη σχεδιάστηκαν στο πρόγραμμα τρισδιάστατης σχεδίασης Autodesk Inventor. Επιπλέον, κάποια τυποποιημένα εξαρτήματα (όπως μούφες, μαστοί κ.λπ.) ανακτήθηκαν μέσω δωρεάν διαδικτυακών βιβλιοθηκών τρισδιάστατων σχεδίων. Μετά την αποπεράτωση των σχεδίων ακολούθησε η συναρμολόγηση και δοκιμή της πειραματικής εγκατάστασης, ώστε να βεβαιωθεί η σωστή και ασφαλής λειτουργία της, αλλά και η ποιότητα των αποτελεσμάτων που θα μπορούσαν να εξαχθούν. Τα πειραματικά αυτά αποτελέσματα συγκρίθηκαν έπειτα με υπολογιστικά που είχαν εξαχθεί από το εμπορικό λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Ansys Fluent. Ειδικότερα τα δεδομένα αυτά ελήφθησαν αυτούσια από την διδακτορική διατριβή του Γ. Μακρυγιάννη (2020), διότι στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή δόθηκε ιδιαίτερη βαρύτητα στη λεπτομερή σχεδίαση του πειραματικού μοντέλου, η κατασκευή του αλλά και η διεξαγωγή του συνόλου των πειραμάτων. Τα αποτελέσματα της πειραματικής και της υπολογιστικής διαδικασίας έδειξαν έναν υψηλό βαθμό διαχωρισμού χωρίς μεγάλες μεταβολές. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων αυτών επιβεβαίωσε την αξιοπιστία των διαδικασιών που εφαρμόστηκαν στις δύο (2) μεθόδους διερεύνησης που ακολουθήθηκαν. Τα μοτίβα ροής, τέλος, που αναπτύχθηκαν στον οριζόντιο αγωγό της πειραματικής διάταξης διαχωρισμού αντιστοιχούσαν σε μοτίβα στρωματοποιημένης (stratified flow) και κυματοειδούς στρωματοποιημένης ροής (stratified-wavy flow).
Abstract (translated): The aim of this postgraduate work was the computational and experimental research on two-phase flow (air-water). This flow took place in a pipeline system consisting of circular cross-section pipes and T-junction branch tilted at different orientations. The angles of these partial separators were equaled to 30^0, 45^0, and 90^0 degrees, respectively. In particular, the separation efficiency of the incoming mixture phases was investigated while maintaining a constant water volumetric flow rate and increase air volumetric flow rates, and vice versa. The study of the corresponding literature was the first step to understand the separation mechanisms, and thus the way in which the process could be repeated experimentally, making at the same time possible to compare experimental and computational results. The parameters that could affect the fluid flow and the separation process as well as the developed flow pattern they also had to be investigated. The major part of this postgraduate work was the design of the experimental apparatus and its construction. All elements used in the experimental installation were designed in the Autodesk Inventor 3D design program. Also, some standard parts were acquired through free online libraries of 3D designs such as Grapcad. After the completion of the design, assembly and preliminary tests followed in order to ensure both the functionality and the safe operation of the experimental installation as well as its reliability in terms of extracting qualitative results. These experimental results were then compared with the computational ones resulted from Ansys Fluent. In particular, these data were obtained from the doctoral dissertation of G. Makrygiannis (2020), because in the present postgraduate thesis special emphasis was given to the detailed design of the experimental model, its construction and the conduct of all experiments. The results of the experimental and computational processes showed a high degree of separation without significant changes, whereas their comparison confirmed the reliability and robustness of the procedures followed in this two-way research method. The flow patterns developed in the horizontal pipe of the separation system were stratified and/or stratified-wavy flow.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_G_Arvanitellis_1070416.pdf4.88 MBAdobe PDFView/Open


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