بخشی از مقاله
چکیده:
در این مطالعه با هدف مطالعه رفتار سیالات متحرک، دستگاه لوپ سیال نیوتنی شامل پمپ، ونتوری، اتصالات لازم، مخزن و شیر کنترل دبی در ابعاد آزمایشگاهی ساخته شده است. در این مطالعه ونتوری با داشتن منفذی در گلوگاه، کاربردی شبیه ایجکتور دارد که باعث مکش هوا توسط آب می شود. ابتدا با بستن ورودی فاز گازی ونتوری، دبی بیشینه خروجی در حالت تک فازی اندازه گیری شده، و با توجه به ساختار فیزیکی ونتوری و با کمک قانون برنولی نمودار سه بعدی فشار در گلوگاه ، بر حسب سرعت و قطر نسبی رسم گردید. سپس با باز کردن ورودی گازی ونتوری، سه رژیم متفاوت جریان دو فازی آب-هوا مورد بررسی قرار گرفت.
.1 مقدمه:
امروزه جهت تزریق کلر به آب از دستگاهی شامل لوله های ونتوری، پمپ، دستگاه اندازه گیری و شیر کنترل دبی استفاده میشود. شرکت های آب و فاضلاب جهت گندزدایی آب، حذف آلودگی های میکروبی و حذف میکروارگانیسم های موجود در آب از قبیل باکتری ها، از کلر استفاده می کنند. کلر گاز خطرناکی بوده و کار با آن باید با احتیاط انجام شود. طبق استاندارد TLV حد مجاز استنشاق کلر برای انسان 3 میلی گرم در مترمکعب میباشد به همین منظور استفاده از دستگاه کلر زن گازی باید با توجه به رعایت ضوابط ایمنی خاصی صورت گیرد.تزریق کلر در این شرکت ها در آخرین مرحله تصفیه آب و به کمک اتصال ونتوری انجام می شود.[1]
نحوه کار ونتوری بر مبنای کاهش موضوعی مساحت مقابل جریان در لوله است. هنگامی که قطر لوله کوچک می شود سرعت زیاد می شود که این امر با توجه به معادله پیوستگی صورت می گیرد. فشار با توجه به اصل بقای انرژی، کاهش می یابد در نتیجه افزایش انرژی جنبشی با افت فشار یا گرادیان فشار بالانس می شود .[2] در صورتی که در گلوگاه ونتوری یک اتصال ایجاد شود، می توان از کاهش فشار در این ناحیه برای ایجاد مکش استفاده کرد.
این درست تکنیکی است که شرکت های آب و فاضلاب برای کلرزنی در آب های تحویلی به مشتری استفاده می کنند. نمونه این سیستم در ایستگاه تصفیه و پمپاژ آب نمازی در شهر شیراز موجود است و با یک اتصال کوچک ونتوری، عملیات بسیار مهم مکش کلر استفاده می شود. شدت مکش، و اختلاط بعدی با توجه به دبی آب تغییر می کند. هنگامی که دو سیال مایع و گاز درون یک لوله افقی مشترک جریان دارند چندین نوع رژیم جریان ایجاد می شود. بخشی از این رژیم ها در شکل 1 نشان داده شده است:[3]
الف- جریان :Stratified smooth در این الگو، فاز گاز که دارای سرعت بیشتری نسبت به فاز مایع می باشد و در قسمت بالای لوله و به صورت مجزا، و فاز مایع در قسمت پایین لوله و تقریبا بدون تداخل بین دو فاز حرکت می کند در این حالت فصل مشترک بین دوفاز نسبتا منظم و صاف می باشد.
ب- جریان :Stratified wavy در جریان لایه ای اگر سرعت پیدایش گاز افزایش یابد بین فاز گاز و مایع تنشی ایجاد میشود که این امر باعث پیدایش امواج در فصل مشترک می شود که این امواج در امتداد جریان حرکت می کنند.
ج- جریان :elangated bubble در این جریان فاز گاز در قسمت فوقانی لوله به شکل حباب های بزرگی در امتداد جریان حرکت میکنند.[4]
د- جریان :slug در این جریان فاز گاز به شکل حباب های بزرگ جدا شده و به همراه جریان عظیم مایع همراه میشوند. معمولا نوسانات درون لوله میتواند ناشی از جریان شتاب باشد.[5] در این زمینه مطالعات مختلفی وجود دارد. اشرفی زاده و همکارش - - 2014 طی انجام آزمایش و محاسبات عددی به بررسی و مقایسه نتایج با داده های تجربی پرداختند و اثرات دبی جرمی و قطر گلوگاه ونتوری را به صورت عددی مورد بررسی قرار دادند.
سه قطر مختلف 0,7، 1 و 1,5 در این مطالعه تحلیل شد. همچنین اثر فشار بر روی منطقه ایجاد حباب های گاز مورد مطالعه قرار گرفت. طبق این مطالعه، دبی جرمی در شرایط ایجاد حباب های گاز با وجود اندازه کوچک ونتوری قادر به کنترل نرخ سرعت جریان میباشند.[6] در مطالعه دیگری، گاجا و همکاران - 2014 - به تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشگاهی و مدل سازی پرداختند. آزمون های فشار بالا در ونتوری متر با گاز در آب و روغن در فاز مایع انجام شده است.[7] در این مطالعه، با طراحی یک لوپ سیالاتی ، استفاده از ونتوری برای اختلاط فاز گاز و مایع بررسی می شود.
.2روش کار:
دستگاه ساخته شده شامل پمپ، مخزن، لوله، شیر کنترل دبی و ونتوری می باشد که به صورت لوپ آماده شده است. برای اطمینان از مشاهده وضعیت سیال درون لوله ونتوری را از جنس شیشه، و لوله از جنس پلاستیک شفاف انتخاب شده است. شکل 2 شمایی از ونتوری شیشه ای و شکل 3 شماتیکی از لوپ ساخته شده را نشان می دهد.
