Geri Dön

Ejection from rapidly depressurized vessels containing bubbly - liquid two - phase fluid

Gaz kabarcıklı sıvı iki fazlı akışkan tanklarından ani basınç düşüşü yaratarak fışkırma

PDF İndir

  1. Tez No: 39201
  2. Yazar: ŞÜKRÜ BALTA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HASAN FEHMİ YAZICI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1993
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 243

Özet

Proses endüstrilerinde sıkça kullamılan, gaz kabarcıklı sıvı i- ki fazlı karışımlarının bulunduruldüğü, tamamen veya kısmen dolu ba¬ sınçlı kapların dizaynında, kap gövdesinde hasar oluşturabilecek ba¬ sınç artışı durumlarında, ani olarak devreye giren ve dUşük basınçlı ortama açılan bir diyafram şeklindeki emniyet açıklığı yolu ile, ani olarak tahliye nedeni ile oluşabilecek basınç değişimlerinin, zaman içindeki gelişiminin belirlenmesi oldukça önemlidir. Benzer durumlar, basınçlı halde tek fazlı yapıya sahip oldukları halde dUştlk basınçlı ortamlara, gaz kabarcıklı iki fazlı karışımlar halinde tahliye olabi¬ len, aşırı soğutulmuş (krojenik) ve aşırı ısıtılmış akışkanlar halin¬ de de geçerlidir. NUkleer enerji endüstrisinde çok önemli yeri olan olan Soğutucu Akışkan Kaybı Kazaları [LOCA] incelemeleri de konu Üze¬ rindeki çalışmaların faydalı olabileceği alanlardandır. Problemin sınır şartları aşağıdaki şekilde belirlenebilir. *içindeki akış tek boyutlu kabul edilebilecek, eksenel simetrili ve uzunluk çap oranı l'den oldukça bllyUk basınçlı kaplar. *Sıvı sürekli faz içinde, eksenel kesit Üzerinde homojen dağıl¬ mış yaygın faz halinde, küresel kabul edilebilen gaz kabarcıkları. *Isıl ve kimyasal denge ; fazlar arasında veya kap cidarlarından ısı veya kütle transferi yok sayılabiliyor. *Gaz kabarcıklarının hacımsal konsantrasyonu ve ortalama çapları kap ekseni boyunca doğrusal veya düzgün bir şekilde değişebiliyor. » Olayın bütün safhalarında homojen karışım kabulü yapabilmeye o- lanak sağlayacak oranda düşük başlangıç hacımsal konsantrasyonu. *Yüzey gerilimi etkisinin ihmal edilemeyeceği derecede küçük ol¬ mayan; küresel, yalnız bir ideal gaz ihtiva eden, önemli oranda sıvı buharı bulundurmayan gaz kabarcıkları. *Sıvı fazın ısıl kapasitesi gaz fazınkinden çok büyük ; gazdaki sıcaklık değişimlerinin sıvı faza etkisi yok sayılabilir. » Gaz fazın ısıl davranışı izoterm kabul edilebiliyor. tki fazlı akışkanların davranış denklemleri için, çok sağlam temellere dayanan, tartışmasız bir teori bulunmamaktadır. Çalışmada, uygulamalı araştırmalarda en yaygın olarak kullanılan ve Ayrık Akış kavramı ile tanımlanan ; faz konsantrasyonları ile yazılan akış denk¬ lemlerinin her iki faz için de geçerli olduğunu ve bunların bir ara¬ ya getirilmesi ile, iki fazlı karışımın hareket denklemlerinin elde edilebileceğini kabul eden teori esas alinmiştir. Faz değeri kavramı iki temel büyüklük olan özgül kütle ve basınca uygulanmaktadır. p* = e.p.j J »g : 3g = 3 (Gaz) p* - 0. p (p =P_=p) J j=s: 8-1-13 (Sıvı) J J J = B*»Tek fazlı hal akış denklemlerinin, kapsamlı genel şekilleri ile ele alınması ; fazlar arasındaki ısı ve kütle geçişi gibi burada yok sayılan etkileri de içine alan, kapsamlı ve çok amaçlı temel denklem¬ lerin elde edilmesini sağlamıştır. Homojen dağılmış gaz kabarcıklı sıvı iki fazlı karışımlarının ; kayma, ylizey gerilimi, ısı ve kUtle geçişleri etkilerinin kolayca ayırt edilebileceği formda yazılmış te¬ mel denklemleri aşağıda verilmiştir. Denklemierdeki, çok yaygın olarak kullanılmayan sembol ve indislerin anlamları aşağıda özet şekilde verilmiştir. r : Faz kayması oranı (Ug / Us). ; C '. Ses hızı. R : Kabarcıkların ortalama yarıçapı. ; m : KUtle geçişi. r : Viskoz sürtme gerilmeleri. ; q : Isı geçişi, indisler : k : Karışım / s : Sıvı faz / g : Gaz faz. a : Faz Arakesitleri. d : Kap Duvarları. Enerjinin korunumu denklemi ; D pSu,p C^ 2a-.* H- [l H- (r-1) 0] p C* - - l - U-/3) -£-£R = Pk C* V DtKK3xp C R KKI L s SJ u. dA («dj+ V + < W 2V UJ V, V - [l H- (r-1) 3] -i - ; V =A dx^k Pk A, fi l ] mag [ 3 3pg l - 0 3p y ___ \f+ y2. 1ppAgp9hSp3h Kg KsJ[g gss Akış denklemi ; Du. 9p 2 o- dR [r p - (r-1) (1-3) p ] -* + _* - p= V Dt 3x _2 dx K Dz (Tdg + ^ * (Tag * Tas) V - - g p^ K DxA Süreklilik - konsantrasyon dağılımı denklemi ; l D/3 f l l ] Dp+-± - B = V 3 (1-3) Dt 2 «2 Dt pg °g Ps °sr - l f DIL cUL ] l 2a-. B =l K _ K 1+R \ Int dt J p cz R2 o o m f V Sp V fl u. dA l p ağ g Kg s 3p V = - (r-1) - - +A dx |3 (1-3) Pg Ps A [^ pg 9hg ps 9hg Hareket denklemleri,“hiperbolik”tip kısmi dd'lerdir ; bu da çölünün Karakteristikler Yöntemi (KY) ile aranmasının uygun olacağını gösterir. Ayrıca, olayın anlık surecindeki bUtUn fiziksel değişimleri adım adım izleyebilmek ve eş zamanlı durum tablolarını kolaylıkla ha¬ zırlanabilmesi için KY'nin kullanılması hemen hemen zorunludur. Yön¬ tem, açıklık ve fiziksel gerçeklilik özellikleri dolayısı ile, geçici rejimi i olayların incelenmesinde çok tercih edilir. Özellikle sürek¬ sizlik yüzeylerinin bulunması halinde çok önemli kayıt tutma ve ilet¬ me sorunları yaratması yöntemin en olumsuz yanıdır. Yöntem, sorun kaynaklarından çokça bulunmasına rağmen ( iki hareketli dilzgünsUzlUk yüzeyi : gaz-sıvı arakesiti ve şok cephesi ) tam başarı ile uygulan¬ mıştır. Genel hareket denklemlerinden elde edilen Karakteristik Denklem¬ ler ; çalışmada kabul edilen Eşit Hız - Eşit Sıcaklık [EVET] modeline göre sadeleştirildiğinde, programda kullanılan aşağıdaki basit format elde edilmektedir, îki fazlı akış ortamının getirdiği ilave büyüklük, yaygın fazın hacımsal konsantrasyonu için ; bu fazın akış alanındaki yörüngelerini belirleyen bağıntının, üçüncü bir karakteristik olarak hesaba katılmasını gerektirmiştir. T l °c pk Dc“kl C+ (u+C) =£-* + -£-£ = C,. V + - V PkCk Dt Dtpk u, dAdz dg ds V = - -JL. _;V = - g p1A dx^K dxA DPf ll lDp C (u) :- + 0 (1-3)-£=0 Dt~2«2Dt KCg PsCsJ Tamamen dolu olmayan kaplar halinde, büyük hız ile tahliye olan gaz tarafından sürüklenen iki fazlı akışkanın tahliyesi safhasında çok kuvvetli de olabilen ve bir Şok Cephesi (ŞC) oluşmasına neden o- lan boğulma olayı ile karşı karşıya kalınır. Zayıf boğulma durumunda, KM'nün düzensizliklerin etkisini sınırlayan ve söndüren karakterin¬ den faydalanılarak, ŞC yaratılmadan da çözüm aranabilir ise de, güçlücepheler halinde bu basitleştirme, sonuca ulaşmayı tamamen önleyebi¬ lir veya çok yanıltıcı, hatalı sonuçlar verebilir. Yalnız bir adet ŞC'nin oluşması ve dolayısı ile girişim sorunlarının bulunmaması, problemi KM ile çöztllebilirlik sınırları içinde tutmuştur. Araştırma¬ lar çok ince olan cephede izoterm değişim kabulü”yapılabileceğini ve sıkıştırılabilir akışkanlar dinamiğinden bilinen Rankine-Hugoniot şok denklemlerinin, gaz kabarcıklı sıvı iki fazlı akışkanları için de, hiçbir düzeltmeye gerek olmadan geçerli olduğunu göstermiştir. Rankine Denklemlerinin iki fazlı akışkan için yazılan şekli aşağıda verilmiştir ; doğruluğu artırmak için, enerji denklemi olarak, özel şartlara göre sadeleştirilmiş, Bernoulli denklemi kullanılmıştır. Pl Vl = P2 V2 : Pl (U1 + U) = P2 (U2 + U) pl + Pl V? = P2 + P2 V2 = P2 * P! = pl V? * P2 V2 P l 2+v + e = Sbt. : e ^ (!-£) C T = Sbt. P 2 (3 p l p u2 l +Ln - - + - = Sbt. 1 - P P0 J PS 2 Yalnız iki fazlı değil, hem yoğun hem he çok dUşilk ses hızla¬ rına sahip olabilen bir akışkanla çalışmanın zorlukları, problemin çözUmünli çok daha zor hale getirmiştir. Şok denklemleri, uygun olanı bulunamadığı için, hiçbir paket yazılım kullanılmadan, ama özellikle iki fazlı ortamdan kaynaklanan gUçltlkler nedeni ile, çok zorlukla çö- ztllebilmiştir. Data dosyasıda, ŞC hesaplarına yönelik pekçok paramet¬ re bulunmakta ise de, sınır değerler ile çalışıldığında bile bunların yalnız temel birkaç tanesi Üzerinde düşünmek yeterli olmaktadır. Gaz kabarcıklı sıvı iki fazlı akışkanı, gaz fazın konsantrasyo¬ nuna çok bağlı olarak çok bllylik aralıkta değişen ses hızlarına sahip olabilmektedir dolayısı ile bu değerlerin doğru hesaplanması oldukça önemlidir. Testler göstermiştir ki, karmaşık veya basit btltUn öne sli- rülmliş formatların yer aldığı programda da tercih edilen aşağıdaki basit bağıntı en iyi sonucu vermektedir. n p [p =£p +(l-/3)p J Ck =g-Up, Tahliye elemanı esas olarak bir standart eleman olarak düşU- niflmUştUr. Teorik tahliye hızını hesaplamada, aşağıda verilen, gaz kabarcıklı sıvı iki fazlı akışkanlar için yazılmış hidrolik yiik ifa¬ desi kullanılmıştır.l + H* fn3 "l pu? H_~, j.1ı j.+ *. -

Özet (Çeviri)

An important consideration in the design of large pressure vessels containing bubbly liquid two-phase fluid in the process industries, is the assessment of the time history of the internal pressure, the void fraction distribution and the amount of discharge immediately following a sudden failure, such as a fracture on its body ör the operation of an emergency relief system with nearly instant bursting characteristics, due to excess pressure built up. Application of the best known numerical method for the calculation of transient thermo-fluid dynamic problems ; the Method of Characteristics is recalled, but as öne of the extreme cases that involve a bubbly liquid two - phase mixture and a gas medium with a free interface and highly transient process barely taking a second. The program can tackle the problem even for the very extreme conditions in respect to any of the parameters involved and stili produce consistent results and it does not involve any short cut that exploit the ability of the MC of smoothing the adverse effects of errors; it uses a proper third -partide path- characteristic for the void fraction distribution and creates a shock front with fitting strength when required at the non-full to full vessel transformation due to the strong throttling effect. Although the case ignores ali transfer effects, the programme with its very modular structure would allovr to enlarge the field of application to processes that involve heat and mass transfer, such as sub-cooled and overheated liquids; and easily, at least for the full vessel cases. Main results of the program may be summarized as below for the two characteristic cases of Full Vessel and the Non-Full Vessel. * For moderate conditions, sudden discharge of bubbly liquids f rom full pressurized vessels is no more a disorderly process than the ideal gas expulsion under equivalent conditions and uhatever the initial conditions are, the pressure history can never have a peek anyvrhere near the initial pressure at the top, that is no excess pressure built up - hammering effect - can occur that may vrorsen the emergency conditions, especially in the case of pipe like vessels. * The effect of strong throttling at the Non-Full Vessel to Full Vessel transformation stage very much asserts itself on the time history of pressure change in the case of sudden discharge of bubbly liquids f rom initially non-full pressurized vessels, but stili; under normal conditions, the highest pressure peak, the first peak of the instant of transformation, can only reach about half of the initial pressure ör may be just slightly higher; that is, not the value of the peak pressure itself but the speed of its creation may need to be taken into account as the principal design parameter.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    299009

    Konjestif kalp yetmezliği olan hastalarda serum kopeptin düzeyinin araştırılması

    Level of serum copeptın ın congestıve heart faılure

    ZÜLFİYE KUZU

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    KardiyolojiFırat Üniversitesi

    Kardiyoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA FERZEYN YAVUZKIR

  2. Tez No

    484676

    Acil servis hekimince yapılan ejeksiyon fraksiyonu ve 'caval ındex' değerlendirilmesinin akut kalp yetmezliğitanısında klinik kanı üzerine etkisi

    Impact of ejection fraction and 'caval index' evaluation by emergency physician on clinical judgement for the diagnosis of acute heart failure

    MURAT DUYAN

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    İlk ve Acil YardımAkdeniz Üniversitesi

    Acil Tıp Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ASLIHAN ÜNAL

  3. Tez No

    708892

    Machine learning analysis of pulsar timing data

    Atarca zaman verisinin makine öğrenmesi yöntemleri ile analizi

    ESMA HASANÇEBİ ESER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUAMMER ALTAN ÇAKIR

  4. Tez No

    330047

    Son dönem böbrek yetmezliği olan hastalarda hemodiyalizin kardiyak morfoloji ve fonksiyonlar ile nabız dalga hızı ve karotis intima media kalınlığına etkisi

    Effect of hemodialysis on cardiac morphology and function, pulse wave velocity and carotid intima media thickness in patients with end stage renal disease

    ERHAN KAYA

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    KardiyolojiAkdeniz Üniversitesi

    Kardiyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ SELİM YALÇINKAYA

  5. Tez No

    626542

    İmplante edilebilir kardiyoverter defibrilatörü olan hastalarda RDW (red cell distribution width) değerinin ventriküler taşikardi / fibrilasyon sıklığı ile ilişkisi

    The relationship between RDW (red cell distribution width) and ventricular tachicardia / fibrillation frequency in patients with implantable cardiovaryter defibrillator

    GÜVEN GÜRKAN SAYAK

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    KardiyolojiAkdeniz Üniversitesi

    Kardiyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CENGİZ ERMİŞ

Geri Dön