توسعه روش عکس‌برداری پرسرعت و پردازش تصویر در تعیین ویژگی‌های جریان حباب در ستون حبابی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

سمنان،‌دانشگاه سمنان، دانشکده مهندسی شیمی،‌نفت و گاز

چکیده

در این پژوهش از یک ستون حبابی مکعبی در اندازه‌های آزمایشگاهی استفاده شد و با استفاده از روش عکس ‌برداری پرسرعت و ارایه روش‌های جدیدپردازش تصویر، مهم‌ترین ویژگی‌های هیدرودینامیکی جریان حباب‌ها مانند قطر، سرعت، خطوط جریان فاز گاز و بسامد نوسان توده حباب ها اندازه گیری شد. ستون ساخته شده دارای سطح مقطع cm20 ´ 5 و ارتفاع cm120 است. سرعت ظاهری گاز بین cm/s 7/0-1/0 در تغییر است. از سه دوربین گوناگون با سرعت های 20، 500 و 600 تصویر در ثانیه برای اندازه گیری ویژگی‌های حباب‌ها استفاده شد و برای پردازش تصویرها، تحلیل داده ها و محاسبه ویژگی‌های حباب از نرم افزار Matlab استفاده شد. بسامد نوسان توده حباب با روشی نو و با دقت 95 % به‌دست آمد. اندازه قطر ساتر حباب ها، در شرایط هم پوشانی حباب‌ها از 5/6 تا 5/8 میلیمتر و با دقت 8/99% محاسبه شد. سرعت حباب‌ها با استفاده از روش " کمترین فاصله با یک حد بالا " برای اولین بار در ستونی با این ابعاد به دست آمد و با استفاده از برآیند مومنتم، روشی برای به دست آوردن خطوط جریان فاز گاز ارایه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] مریم اصغر پور، محمد رضا مهرنیا و نوید مستوفی، هیدرودینامیک و انتقال اکسیژن در راکتورهای ستونی حبابی با تاثیر آلاینده های نفتی و ماده فعال سطحی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)30، ص. 45 (1390).

[2] Deckwer W., "Bubble Column Reactors", John Wiley & Sons (1991).

[3] Shahbazi B., Rezai B., Koleini S. M. j., Noparast M., The Effect of Bubble Surface Area Flux on Flotation Efficiency of Pyrite Particles, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 32(2), p.109 (2013).

[4] Ashfaq S., Al-Dahhan M.H., A Review on Flow Regime Transition in Bubble Columns, International Journal of Chemical Reactor Engineering, 5, p. 1 (2007).

[5] Baawain M.S., Gamal El-Din M., Clarke K., Smith D.W., Impinging-Jet Ozone Bubble Column Modeling: Hydrodynamics, Gas Hold-up, Bubble Characteristics and Ozone Mass Transfer, Ozone: Science and Engineering, 29, p. 245 (2007).

[6] Rodrigues R.T., Rubio J., New Basis for Measuring the Size Distribution of Bubbles, Minerals Engineering, 16, p. 757 (2003). 

[7] Ranade V.V., "Computational Flow Modeling for Chemical Reactor Engineering", Elsevier Inc., Process System Engineering, vol. 5 (2002).

[8] Xue J., Al-Dahhan M., Dudukovic M.P., Bubble Velocity, Size, and Interfacial Area Measurements in a Bubble Column by Four-Point Optical Probe, AIChE Journal, Fluid Mechanics and Transport Phenomena, 54, p. 350 (2008).

[9] Tzeng J.W., Chen R.C., Fan L.S., Visualization of Flow Characteristics in a 2-D Bubble Column and Three-Phase Fluidized Bed , AIChE Journal, 39, p. 5733 (1993).

[10] Diaz M.B., Iranzo A., Cuadra D., Barbero R., Montes F.J., Galan M.A., Numerical Simulation of the Gas-Liquid Flow in a Laboratory Scale Bubble Column Influence of Bubble Size Distribution and Non-Drag Forces, Chemical Engineering Journal, 139, p. 363 (2008).

[11] Diaz M.B., Montes F.J., Galan M.A., Influence of the Lift Force Closures on the Numerical Simulation of Bubble Plumes in a Rectangular Bubble Column, Chemical Engineering Science, 64, p. 930 (2009).

[12] Pfleger D., Gomes S., Gilbert N., Wagner H.G., Hydrodynamic Simulations of Laboratory Scale Bubble Columns Fundamental Studies of the Eulerian-Eulerian Modeling Approach, Chemical Engineering Science, 54, p. 5091 (1999).

[13] Diaz M.B., Montes F.J., Galan M.A., Influence of Aspect Ratio and Superficial Gas Velocity on the Evolution of Unsteady Flow Structures and Flow Transitions in a Rectangular Two-Dimensional Bubble Column, Ind. Eng. Chem. Res., 45, p. 7301 (2006).

[14] Rensen J., Roig V., Experimental Study of the Unsteady Structure of a Confined bubble Plume, International Journal of Multiphase Flow, 27, p. 1431 (2001).

[15] Buwa V.V., Ranade V.V., Eulerian–Lagrangian Simulations of Unsteady Gas-Liquid Flows in Bubble Columns, International Journal of Multiphase Flow, 32, p. 864 (2006).

[16] Zaruba A., Lucas D., Prasser H.M., Hohne T., Bubble-Wall Interactions in a Vertical Gas-Liquid Flow: Bouncing, Sliding and Bubble Deformations, Chemical Engineering Science, 62, p. 1591 (2007).

[17] Acuna C.A., Finch J.A., Tracking Velocity of Multiple Bubbles in a Swarm, International Journal of Mineral Processing, 94, p. 147 (2010).