201. Experimental and theoretical bubble growth comparison at the initial stages of horizontal injection
- Author
-
Tjahjono, Tri, Wardana, I. N. G., Sasongko, Mega Nur, and Widodo, Agung Sugeng
- Subjects
Physics::Fluid Dynamics ,впрыскивание ,деформация ,форма пузыря ,лобовая площадь ,UDC 532.529 ,injection ,deformation ,bubble shape ,frontal area ,впорскування ,деформація ,форма бульбашки ,лобова площа - Abstract
Two-phase liquid-gas injection constitutes an important industrial process that is used in most separators. At the early step of injection, a cylindrical bubble is formed. As time elapses, the bubble shape becomes more complex and very difficult to analyze. In this study, a simple analytical model is developed to explain bubble shape changes. The analytical model was developed based on water flow inertia that continually pushes the bubble while the drag force resists it so that the frontal area of the bubble increases. The bubble size and frontal area were estimated using the assumption of the equilibrium between inertia force and drag force neglecting viscous force. From the estimation, the role of the vortex ring from the difference between theoretical and experimental results can be identified. The analytical model was verified through experimental data collected on the shape deformation induced by bubble motion at the beginning of injection. The experimental data used as verification were measured from the bubble nose image with ten times repetition having the uncertainty of ±6 %. The experimental method is conducted by injecting a bubble along the horizontal direction into a water pool. The inertial force of the water flow in front of the bubble nose generates the bubble. The bubble suddenly changes its shape, moves in the form of a bubble jet, and undergoes gradual shape changes. The frontal area of the bubble increases and reaches a maximum at the terminal velocity point. The bubble shape deformation is affected by the inertial force of the water flow that pushes the bubble forward. Accordingly, the bubble changes its shape from cylindrical to spherical, and then to an ellipsoidal disk. When the bubble attains terminal velocity, the inertial force becomes equal to the drag force. The edge of the ellipsoidal disk bubble exhibits increased surface tension. The difference between experimental data and the analytical model is due to the complex fluid and dynamic flow surrounding the bubble. The mathematical framework proposed in this work is envisaged to be an important tool for the prediction of the bubble frontal area, Двухфазное впрыскивание жидкого газа представляет собой важный промышленный процесс, который используется в большинстве сепараторов. На ранней стадии впрыскивания образуется цилиндрический пузырь. С течением времени форма пузыря становится все более сложной и очень трудной для анализа. В данном исследовании, разработана простая аналитическая модель для объяснения изменения формы пузыря. Аналитическая модель была разработана на основе инерции потока воды, который непрерывно толкает пузырь, в то время как сила сопротивления сопротивляется ему, так что лобовая площадь пузыря увеличивается. Размер пузыря и его лобовую площадь оценивали с использованием предположения о равновесии между силой инерции и силой сопротивления, пренебрегая вязкой силой. Исходя из оценки, можно определить роль вихревого кольца по разнице теоретических и экспериментальных результатов. Аналитическую модель проверяли с помощью собранных экспериментальных данных по деформации формы, вызванной движением пузыря в начале впрыскивания. Экспериментальные данные, использованные в качестве проверки, измеряли по изображению носа пузыря с десятикратным повторением с погрешностью ± 6%. Экспериментальный метод проводится путем впрыскивания пузыря по горизонтальному направлению в бассейн с водой. Инерционная сила потока воды перед носом пузыря создает пузырь. Пузырь внезапно меняет свою форму, движется в виде пузырьковой струи и претерпевает постепенные изменения формы. Лобовая площадь пузыря увеличивается и достигает максимума в конечной точке скорости. На деформацию формы пузыря влияет инерционная сила потока воды, которая толкает пузырь вперед. Соответственно, пузырь меняет свою форму с цилиндрической на сферическую, а затем на эллипсоидальный диск. По достижению пузырем предельной скорости, сила инерции становится равной силе сопротивления. Край пузыря в виде эллипсоидального диска демонстрирует повышенное поверхностное натяжение. Разница между экспериментальными данными и аналитической моделью обусловлена сложным текучим и динамическим потоком, окружающим пузырь. Предполагается, что математическая база, предложенная в данной работе, станет важным инструментом для прогнозирования лобовой площади пузыря, Двофазне впорскування рідкого газу являє собою важливий промисловий процес, який використовується в більшості сепараторів. На ранній стадії впорскування утворюється циліндрична бульбашка. З плином часу форма бульбашки стає все більш складною і дуже важкою для аналізу. В даному дослідженні, розроблена проста аналітична модель для пояснення зміни форми бульбашки. Аналітична модель була розроблена на основі інерції потоку води, який безперервно штовхає бульбашку, в той час як сила опору чинить опір йому, так що лобова площа бульбашки збільшується. Розмір бульбашки і його Лобову площу оцінювали з використанням припущення про рівновагу між силою інерції і силою опору, нехтуючи в'язкою силою. Виходячи з оцінки, можна визначити роль вихрового кільця по різниці теоретичних і експериментальних результатів. Аналітичну модель перевіряли за допомогою зібраних експериментальних даних по деформації форми, викликаної рухом бульбашки на початку впорскування. Експериментальні дані, використані в якості перевірки, вимірювали по зображенню носа бульбашки з десятикратним повторенням з похибкою ± 6%. Експериментальний метод проводиться шляхом уприскування бульбашки в горизонтальному напрямку в басейн з водою. Інерційна сила потоку води перед носом бульбашки створює бульбашку. Бульбашка раптово змінює свою форму, рухається у вигляді бульбашкового струменя і зазнає поступові зміни форми. Лобова площа бульбашки збільшується і досягає максимуму в кінцевій точці швидкості. На деформацію форми бульбашки впливає інерційна сила потоку води, яка штовхає бульбашку вперед. Відповідно, бульбашка змінює свою форму з циліндричної на сферичну, а потім на еліпсоїдальний диск. По досягненню бульбашкою граничної швидкості, сила інерції стає рівною силі опору. Край бульбашки у вигляді еліпсоїдального диска демонструє підвищений поверхневий натяг. Різниця між експериментальними даними та аналітичною моделлю обумовлена складним текучим і динамічним потоком, оточуючим бульбашку. Передбачається, що математична база, запропонована в даній роботі, стане важливим інструментом для прогнозування лобової площі бульбашки
- Published
- 2020