Analysis of velocity profiles in concentrated solid-liquid mixtures using ultrasound doppler velocimetry
Derişik katı-sıvı karışımlarında hız profillerinin ultrasonik doppler hız ölçüm tekniği kullanılarak analizi
- Tez No: 684303
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İNCİ AYRANCI TANSIK, PROF. DR. YUSUF ULUDAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 102
Özet
Karıştırmalı tanklar, endüstride katı dispersiyon, kristalizasyon ve çözündürme işlemleri gibi çeşitli proseslerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tank geometrisi, karıştırıcı tipi ve hızı gibi çeşitli parametreler, karıştırmalı tank proseslerini optimize etmek için kullanılmaktadır. Karıştırılan tanktaki akış profili karmaşıktır ve bu parametrelere bağlı olarak değişmektedir. Bu süreçlerde difüzyon ve kimyasal reaksiyon hızı, akış alanına ve hız dalgalanmalarına bağlıdır; bu nedenle akış profili hakkında bilgi edinilmesi proses tasarımında çok önemlidir. Karıştırma prosesi yaygın olarak kullanılsada, akış profiliyle ilgili çalışmalar genellikle çok seyreltik katı-sıvı karışımları ile sınırlı olup, derişik karışımlarda akış profili hakkında yeterli veri bulunmamaktadır. Bunun nedeni; lazer Doppler hız ölçümü ve parçacık görüntülemeli hızı ölçümü gibi yaygın olarak kullanılan hız ölçüm tekniklerinin lazer tabanlı yöntemler olması ve ölçümler için optik erişilebilirliğin gerekliliğidir. Ultrasonik Doppler hız ölçerin opak sistemlere uygulanabilirliği, yüksek konsantrasyonlu karışımların hız profili hakkında veri sağlayabilmektedir. Bu çalışmanın amacı, özellikle engel-duvar kesişiminin olduğu bölgede ultrason Doppler hız ölçüm metodu ile parçacık özellikleri, katı yüklemesinin hız ve türbülansa olan etkisini gözlemlemektir. Karıştırmalı tanklarda engel-duvar kesişiminde oluşan dikey duvar jeti, süspansiyon performansının önemli bir göstergesi olan bulut yüksekliğinin oluşumunda ana unsur olarak öne sürülmüştür. Bu dikey jetteki hız profilinin, gelecekteki çalışmalarda bulut yüksekliği oluşum mekanizmasının anlaşılmasına katkı sağlayabileceği düşünülmektedir. Ayrıca, daha önce incelenmemiş kadar yüksek konsantrasyonlardaki hız ölçümleri, karıştırma sürecinin anlaşılmasına ışık tutacaktır. Bu çalışmada eksenel, radyal ve açısal hızları ve türbülans seviyelerini değerlendirmek için ultrason Doppler hız ölçer kullanılmıştır. Parçacıkların boyutu ve özkütlesi ve konsantrasyonun etkisini araştırmak için dört farklı özellikte parçacık kullanılmıştır. Konsantrasyon kademeli olarak hacimce %43 değerine kadar çıkarılmıştır. Çalışmada, parçacık konsantrasyonu artarken, eksenel, radyal ve açısal ortalama hızların azaldığı ve kök ortalama kare hızının parçacık konsantrasyonuyla olan ilişkisinin ölçüm yapılan lokasyona bağlı olduğu sonucu elde edilmiştir. Ayrıca yüksek konsantrasyonlarda (hacimce %11'den yüksek) akış profilinin değiştiği gözlemlenmiştir. Artan parçacık boyutu ve yoğunluğu ile, eksenel, radyal ve teğetsel hızların azaldığı tespit edilirken, kök ortalama kare hızı üzerinde önemli bir etkiye sahip olmadığı belirlenmiştir. Çalışmada yapılan ölçümler, bulut yüksekliği oluşumunun tanktaki hız ve türbülans profilini önemli ölçüde değiştirdiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Stirred tanks are widely used for a variety of processes in industry such as solid dispersion, crystallization and dissolution processes. Several parameters are used to optimize these stirred tank processes such as impeller type, tank geometry and impeller speed. The flow field in the stirred tank is complex and varies depending on these parameters. In these processes diffusion and chemical reaction rate depend on the flow field and velocity fluctuations; therefore, information about the flow field is valuable in process design. Even though stirred tank operations are commonly used there is not enough data about the flow field in concentrated slurries. The reason is that widely used velocity measurement techniques such as laser doppler velocimetry and particle image velocimetry are laser-based methods and optical accessibility is required for measurements; therefore, their application is limited to very dilute solid-liquid mixtures. Because of this limitation, there are no data about the velocity profile of the high concentration slurries. This problem can be solved by the applicability of ultrasound Doppler velocimetry to opaque systems. The objective of this study is using ultrasound Doppler velocimetry to determine the influence of solids loading and particle properties on the velocity and turbulence in stirred tanks, especially in the baffle-wall intersection area. Vertical wall jet formed in the baffle-wall intersection in stirred tanks was suggested as the main driving force in the formation of cloud height which is an important suspension performance indicator. Velocity profile in this vertical jet can be important to understand cloud height formation mechanism in future studies. Velocity measurements at high concentrations will provide insight into understanding mixing process in more detail. In this study, ultrasonic Doppler velocimetry was used to evaluate axial, radial and tangential velocities and turbulence levels. Four different particles were used to investigate the effect of concentration, particle size and density. Concentration was gradually increased up to 43 % v/v. It was observed that axial, radial and tangential mean velocities decreased as the concentration increased while root mean square velocities affected by the concentration depending on the measurement location. Also, it was observed that the flow pattern changed at high concentrations ( > 11 % v/v). Axial, radial and tangential velocities were found to decrease with increasing particle size and density while no significant effect was observed on root mean square velocities. Finally, measurement showed that the formation of cloud height changed velocity and turbulence profile in the tank substantially.
Benzer Tezler
- Dikey dalan sıvı jeti için farklı jet çıkış geometrilerinin havalandırma miktarına etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Investigation of the different nozzle geometries for vertical plunging water jet air entrainment with numerical methods
BURAK ALP KARAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
DR. ZAFER GEMİCİ
- Barla Dağı Kuşağı'nda moloz akması duyarlılığının ampirik yaklaşımla bölgesel ölçekte değerlendirilmesi
Debris flow susceptibility assessment at regional scale based on an empirical approach in the Barla Mountain Belt
FURKAN KARABACAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Coğrafyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKatı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TOLGA GÖRÜM
- Taşıtlara etkileyen kuvvetler ve taşıt titreşimleri
The Forces acting on vehicles and vehicle vibrations
RUHİ ÇELİKKAYA
- İstanbul ve Erzincan şehirlerinde zemin büyütme etkilerine göre mikrobölgeleme
Microzonation according to soil amplification within the cities of İstanbul and Erzincan
M.AYŞEN LAV
- Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinin aerodinamik kapsamı ve güç belirlenmesi analizlerinde potansiyel akım yöntemleri
Aerodynamic aspects of wind energy conversion systems and potential flow methods in performance prediction analysis
ALİ ALPER AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. ADİL YÜKSELEN