İki fazlı katı-sıvı akışların hidrodinamik açıdan incelenmesi

Download
2004
Özbelge, A. Tülay
Çamcı, Gülden
Endüstrinin değişik alanlarında katı-sıvı karışımlarının akışlarıyla sıkça karşılaşılmaktadır. Bu alanlar kısaca şöyle sıralanabilir: Konserve işlemleri, çevrimli akışkan yataklar, mineral ve cevherlerin hidrolik taşınım işlemleri, ve madenlerin zenginleştirilmesi. Bu tür sistemlerde lokal katı-faz yoğunlukları değişik yöntemlerle belirlenebilir. Yapılacak çalışmada izokinetik örnekleme yöntemi, ekonomik nedenlerle ve mevcut düzeneğe en uygun olması nedeniyle seçilmiştir. Bu çalışmada, eşmerkezli iki boru arasında (annulus) yukarı doğru akan su-feldspat karışımlarının lokal katı-faz yoğunluk dağılımları incelenmiştir. Lokal katı-faz yoğunluk ölçümleri annulus'un tam gelişmiş akış bölgesindeki bir kesitte yapılmıştır; annulus'un dahil olduğu kapalı-devre sistemde bir besleme tankı, bir hızı ayarlanabilen çamur pompası, bir orifismetre, bir ısı değiştirici, bir sıcaklık sondası ve bir boşaltma hattı yer, almaktadır. Çamur karışımları, 72 ve 138 um olmak üzere iki değişik boyutta katı parçacık kullanılarak ve hacımsal katı madde yüzdesi %1 ve 2 olmak üzere, iki değişik katı besleme konsantrasyonunda hazırlanmıştır. Değişik çalışma koşullarında radyal yöndeki katı yoğunluk profillerini ve test bölgesindeki eksenel sürtünmeli hidrodinamik basınç kayıplarını elde etmek için gerçekleştirilen deneylerde, bağımlı değişkenler; lokal katı-faz yoğunluğu, lokal karışım hızı ve test bölgesindeki eksenel sürtünmeli hidrodinamik basınç kaybıdır. Lokal katı-faz yoğunlukları bir örnekleme sondası kullanılarak ölçülmüştür. Bu sonda başlangıçta bölgesel hızları bulmak için bir pitot tüp olarak kullanılmıştır. Bu veriler yardımıyla, lokal (bölgesel) katı yoğunlukları aynı örnekleme sondasıyla izokinetik şartlarda ve karşılaştırma yapmak amacıyla izokinetik olmayan şartlarda da gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, numuneleri izokinetik şartlarda alabilmek için bir izokinetik örnekleme ünitesi tasarlanmış ve kurulmuştur. Bu şekilde, sondadaki örnekleme hızıyla annulus 'taki akışın gerçek lokal hızını çok yakın olarak eşitlemek mümkün olmaktadır. Hızları eşitlemek için gerekli olan sabit dengeleyici basınç, Azot gazı ile sağlanmıştır. Test alanındaki radyal yönde yedi değişik noktada izokinetik ve izokinetik olmayan şartlarda alınan numunelerin içindeki katı miktarları gravimetrik yöntemle bulunmuştur. Hacımsal olarak % 1 katı besleme konsantrasyonunda elde edilen bölgesel katı yoğunlukları, % 2 katı besleme konsantrasyonuna göre daha tekdüze bir davranış göstermiştir. Artan katı parçacık besleme konsantrasyonu ve parçacık büyüklüğü, radyal katı-faz yoğunluk profillerinin şekillerini değiştirmekte etken olmuştur. Bölgesel katı yoğunlukları genellikle literatürdeki çalışmalara benzer olarak annulus'un dış duvarı civarında iç duvar yakınındakilere göre daha fazla bulunmuştur. Katı yoğunlukları Â.=0.4 olan boyutsuz bir radyal uzaklıkta, hız profillerinin maksimum olduğu noktada, genel olarak azalan bir trend takip etmiştir. Test bölümü boyunca tam gelişmiş akış bölgesinde iki-faz eksenel sürtünmeli basınç değişimlerinin sabit bir karışım hızında, artan katı besleme konsantrasyonu ve parçacık büyüklüğüyle arttığı gözlemlenmiştir. İzokinetik örnekleme sonuçları, bölgesel katı yoğunluklarının artan karışım hızıyla her radyal uzaklıkta arttığını göstermektedir. Bu davranış, izokinetik olmayan şartlarda yapılan ölçümlerde net olarak gözlenememiştir. Kargaşalı akış bölgesinde izokinetik şartlarda gerçekleştirilen ölçümlerde, yaklaşık X ~ (R-Rı)/(R.2-Rı) = 0.4 olan boyutsuz bir radyal uzaklıkta lokal katı -faz (LKF) yoğunlukları lokal minimum değerler vermişler, daha sonra annulus'un iç ve dış duvarlarına doğru tekrar artmışlardır. Annulus'un duvarlarında bu değerlerin sıfır olduğu düşünülmektedir. Katı parçacık çapı 138 \ım olan feldspat %1 hacımsal konsantrasyonda kullanıldığında ise, X ~ 0.4 olan radyal uzaklıkta, LKF yoğunlukları maksimum değere ulaşmışlardır. Bu davranışın nedeni, iki-faz akış karakteristiğinin deney parametrelerinin bu kombinasyonunda değişim göstermesinden dolayı olduğu düşünülmektedir. LKF yoğunlukları bu deney şartlarında da iç ve dış duvara doğru artmıştır. Laminar akış bölgesinde izokinetik şartlarda gerçekleştirilen ölçümlerde, yaklaşık A, ~ 0.35 ve 0.7 olan boyutsuz radyal uzaklıklarda LKF yoğunlukları küçük azalışlar vermiş ve duvarlara doğru tekrar artmışlardır. Bölgesel katı yoğunluklarmdaki radyal uzaklık boyunca gerçekleşen değişimler izokinetik örnekleme şartlarında daha açık olarak izlenebilmiştir. İzokinetik olmayan şartlarda yapılan ölçümlerde bu değişimler daha yüksek deneysel hatanın etkisiyle açıkça gözlenememiştir. İlaveten, deneysel verilerin değişik istatistiksel tekniklerle analizi yapılmıştır.
Citation Formats
A. T. Özbelge and G. Çamcı, “İki fazlı katı-sıvı akışların hidrodinamik açıdan incelenmesi,” 2004. Accessed: 00, 2020. [Online]. Available: https://app.trdizin.gov.tr/publication/project/detail/TlRnNU5UVT0.