دانلود کتاب Experimental Investigation of Large-Scale Three Dimensional Bubble Plume Dynamics

ترجمه فارسی توضیحات (ترجمه ماشینی)

بررسی تجربی دینامیک ستون حباب سه بعدی در مقیاس بزرگ

این گزارش به دو بخش تقسیم می‌شود که نشان‌دهنده زمان‌شناسی کار پژوهشی انجام شده است. بخش اول یک مطالعه گسترده از مهم‌ترین ویژگی‌های هیدرودینامیکی ستون‌های حباب نسبتاً بزرگ را ارائه می‌کند که در یک ظرف استوانه‌ای با قطر 2 متر با عمق آب 1.5-2 متر ایجاد شده‌اند. حباب ها در نزدیکی کف ظرف توسط یک انژکتور دایره ای چند سوزنی با قطر 0.3 متر تولید شدند. چندین تکنیک اندازه گیری و ابزارهای مختلف برای اندازه گیری و تجزیه و تحلیل داده ها استفاده شد. سرعت سنجی تصویر ذرات (PIV)، پروب های نوری دو نوک (OP)، تکنیک های عکاسی و کاوشگرهای الکترومغناطیسی سه بعدی (EMP) به طور گسترده برای اندازه گیری سرعت حباب و مایع، کسر خالی، غلظت سطح سطحی، اندازه حباب و نرخ گردش مجدد مایع اندازه‌گیری‌های PIV در یک صفحه عمودی که از مرکز انژکتور عبور می‌کند، زمینه‌های سرعت آنی را برای هر دو فاز، از جمله پارامترهای هیدرودینامیکی انتخاب شده، مانند حرکت محور ستون و عرض مقطع آنی آن، ارائه می‌کند. مطالعات آماری با استفاده از پردازش تصویر برای تعیین قطر و توزیع موقعیت خط مرکزی آنی و نوسانات آنها در زمان انجام شد. یک یافته مهم این بود که پخش آنی ستون زیاد نیست. توزیع تانسور تنش به‌دست‌آمده از داده‌های آنی نشان می‌دهد که برای فاز پیوسته، این تنش‌ها به صورت خطی با کسر خالی محلی در محدوده 0.5%<a<2.5% مقیاس می‌شوند. حباب‌ها تقریباً بیضی شکل، با ضریب شکل e=0.5 و قطر حباب معادل (Sauter) حدود 2-2.5 میلی‌متر بودند. در قسمت دوم، محدودیت‌های اعمال شده با اندازه‌گیری متوالی پارامترهای جریان در هر فاز حذف شد. در واقع، از آنجایی که سرعت فازهای پیوسته و گسسته به شدت همبستگی دارند، اندازه گیری سرعت همزمان برای تخمین صحیح سرعت نسبی مورد نیاز است. سیستم PIV با یک دوربین دوم گسترش یافت که برای اندازه‌گیری همزمان میدان‌های سرعت دو فاز در صفحه عمودی عبوری از انژکتور استفاده می‌شود. علاوه بر این، یک سیستم ضبط ویدئویی با دو دوربین، تصاویر همزمان ساختار ستون حباب سه بعدی را ذخیره می‌کند تا داده‌های PIV را بتوان بر اساس وضعیت ستون (موقعیت و عرض) طبقه‌بندی کرد. نمودارهای برداری حباب آنی و سرعت مایع همبستگی داشتند. با تصاویر حباب حباب آنی مربوطه. این امکان نمونه گیری و میانگین گیری گروه را با توجه به موقعیت ستون حباب یا قطر ستون حباب می داد. دینامیک ستون سه بعدی به شدت مورد بررسی قرار گرفت. همانطور که قبلاً از نتایج به‌دست‌آمده در بخش اول کار نشان داده شد، ناپایداری در مقیاس بزرگ ستون حباب ناشی از پیچ خوردگی ساختار ستون حول محور آن با نوسانات مقطع افقی روی هم قرار گرفته است. نوسان مقطع، کمیت‌های اندازه‌گیری‌شده آنی را با سهمی منسجم ارائه می‌کند که به‌عنوان یک نوسان در مقدار میانگین ظاهر می‌شود. سهم منسجم به کمیت‌های میانگین زمانی جهانی مانند سرعت‌ها، شرایط تنش رینولدز و در نتیجه به شدت آشفتگی ارزیابی شد. نتایج یک سهم ناچیز نزدیک به انژکتور و یک سهم قابل توجه در ارتفاعات بالاتر را نشان داد. سهم منسجم در هر دو سرعت فاز معنی‌دار بود، اما در شرایط تنش رینولدز و بنابراین در خواص آشفتگی قوی‌تر بود.

Experimental Investigation of Large-Scale Three Dimensional Bubble Plume Dynamics

The report is divided in two parts, reflecting the chronology of the research work performed. The first part presents an extensive study of the most important hydrodynamic characteristics of fairly large-scale bubble plumes, created in a cylindrical vessel having a diameter of 2 m with water depth of 1.5-2 m. The bubbles were produced near the bottom of the vessel by a multi-needle circular injector having a diameter of 0.3 m. Several measurement techniques and a variety of tools were used to measure and to analyze the data. Particle Image Velocimetry (PIV), double-tip Optical Probes (OP), photographic techniques and three-dimensional Electro-Magnetic Probes (EMP) were extensively applied to measure bubble and liquid velocities, void-fraction, interfacial area concentration, bubble size and liquid re-circulation rates. PIV measurements in a vertical plane crossing the centre of the injector provided the instantaneous velocity fields for both phases, including selected hydrodynamic parameters, such as the movement of the plume axis and its instantaneous cross-sectional width. Statistical studies were performed using image processing to determine the diameter and the instantaneous centreline position distributions and their fluctuations in time. An important finding was that there is not much instantaneous spreading of the plume. The stress tensor distributions obtained from the instantaneous data indicate that for the continuous phase, these stresses scale linearly with the local void-fraction in the range of 0.5%< a <2.5%. The bubbles were found to be approximately ellipsoidal, with shape factor e=0.5 an equivalent bubble diameter (Sauter) of about 2-2.5 mm.In the second part, the limitations imposed by measuring successively the flow parameters in each phase were eliminated. Indeed, since the velocities of the continuous and discrete phases are strongly correlated, simultaneous velocity measurements are required to estimate correctly the relative velocity. The PIV system was expanded with a second camera, used to measure simultaneously the velocity fields of the two phases in the vertical plane crossing the injector. In addition, a two-camera video recording system, storedsimultaneous images of the 3D bubble plume structure so that the PIV data could be categorized according to the state of the plume (position and width).The instantaneous bubble and liquid velocity vector plots were correlated with the corresponding instantaneous bubble plume images. This allowed sampling and ensemble averaging of according to the bubble plume position or bubble plume diameter. The three dimensional plume dynamics was intensively investigated. The large-scale instability of the bubble plume resulted from meandering of the plume structure around its axis with superimposed horizontal cross-section fluctuation, as already suggested from the results obtained in the first part of the work.The plume meandering and the horizontal cross-section fluctuation, supplied the instantaneous measured quantities with a coherent contribution which appeared as a fluctuation over the mean value.The coherent contribution to the globally time-averaged quantities such as velocities, Reynolds stress terms and therefore to the turbulence intensity was evaluated; the results showed a negligible contribution close to the injector and a substantial one at higher elevations. The coherent contribution was significant in both phase velocities, but stronger in the Reynolds stress terms and therefore in the turbulence properties.