Badania modelowe strumienia objętości piasku i wody w podnośniku powietrznym

Kalenik, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Badania modelowe strumienia objętości piasku i wody w podnośniku powietrznym

Autorzy

Kalenik M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Model studies of sand and water flow rate in an air lift pump

Języki publikacji

Abstrakty

Przedstawiono analizę wyników badań strumienia objętości piasku (Qz) i wody (Qw) w podnośniku powietrznym oraz omówiono metody wyznaczania wzorów empirycznych do obliczania wartości tych parametrów. Przeprowadzono analizę porównawczą wartości strumienia objętości piasku i wody wyznaczonych w bezpośrednich pomiarach z wartościami obliczonymi za pomocą wzorów empirycznych. Zakres badań laboratoryjnych obejmował wyprowadzenie wzorów do obliczania wartości strumienia objętości piasku i wody w powietrznym podnośniku z tworzywa sztucznego o średnicy wewnętrznej rurociągu tłocznego d=0,04 m, przy zadanych wysokościach podnoszenia mieszaniny piasku i wody równych 0,40 m, 0,80 m i 1,20 m. Do wyznaczenia wzorów empirycznych do obliczania wartości strumienia objętości piasku i wody zastosowano analizę wymiarową i metodę regresji wielokrotnej. W przypadku badanej konstrukcji podnośnika powietrznego stwierdzono, że wraz ze wzrostem wysokości podnoszenia mieszaniny piasku i wody strumień objętości piasku i wody malał, a wartości strumienia objętości wody były mniejsze od wartości strumienia objętości piasku. Wykazano, że w urządzeniu tego typu ciśnienie powietrza nie może być mniejsze niż 110 kPa i nie powinno przekraczać 175 kPa, ponieważ przy wyższych wartościach ciśnienia powietrza strumień objętości piasku i wody zaczynał maleć. Wartości strumienia objętości piasku i wody obliczone za pomocą wyprowadzonych wzorów bardzo dobrze pokrywały się (korelowały?) z wartościami wyznaczonymi w pomiarach bezpośrednich na modelu laboratoryjnym w skali 1:1.

Analysis of results from a study on sand (Qz) and water (Qw) flow rate in an air lift pump was presented as well as the methodology of empirical formulas derivation to calculate those parameters. A comparative analysis of the values of sand and water flow rate from direct measurements and the calculated values was carried out. The scope of laboratory research encompassed derivation of the aforementioned empirical formulas to calculate water and sand flow rate for the plastic air lift pump with internal diameter of the delivery pipe d = 0.04 m, at fixed sand-water mix delivery heads of 0.40 m, 0.80 m and 1.20 m. Dimensional analysis and multiple regression were applied to derive the formulas. It was established that the water and sand flow rate decreased along with the increase of the delivery head, and the values of water flow rate were smaller than those of the sand flow rate. It was demonstrated that the air pressure in such devices cannot be lower than 110 kPa or exceed 175 kPa as at higher pressure values the sand and water flow rate started to fall. The values of sand and water flow rates calculated by the derived formulas coincided very well with the values determined by direct measurements using the 1:1 scale laboratory model.

Słowa kluczowe

podnośnik powietrzny mieszacz przepływ trójfazowy strumień objętości piasku strumień objętości wody wysokość podnoszenia wzory empiryczne

air-lift pump air injector three-phase flow sand flow rate water flow rate delivery head empirical formula

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2017

Tom

Vol. 39, nr 1

Strony

45--52

Opis fizyczny

Bibliogr. 34 poz., rys.

Twórcy

autor

Kalenik M.

marek_kalenik@sggw.pl

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Zakład Wodociągów i Kanalizacji, ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa

Bibliografia

1. Z. HEIDRICH, M. KALENIK, J. PODEDWORNA, G. STAŃKO: Sanitacja wsi. Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2008.
2. M. KALENIK: Zaopatrzenie w wodę i odprowadzanie ścieków. Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2015.
3. T. SOLECKI: Analiza i ocena możliwości renowacji odwiertu w uzdrowisku Połczyn. Wiertnictwo Nafta Gaz 2010, t. 27, nr 3, ss. 617–627.
4. B. BARRUT, J.-P. BLANCHETON, J.-Y. CHAMPAGNE, A. GRASMICK: Mass transfer efficiency of a vacuum air lift – application to water recycling in aquaculture systems. Aquacultural Engineering 2012, No. 46, pp. 18–26.
5. W. FAN, J. CHEN, Y. PAN, H. HUANG, C.-T. A. CHEN, Y. CHEN: Experimental study on the performance of airlift pump for artificial upwelling. Ocean Engineering 2013, No. 59, pp. 47–57.
6. P. HANAFIZADEH, S. GHANBARZADEH, M. H. SAIDI: Visual technique for detection of gas–liquid two-phase flow regime in the air lift pump. Journal of Petroleum Science and Engineering 2011, No. 75, pp. 327–335.
7. F. de CACHARD, J. M. DELHAYE: A slug-churn flow model for small-diameter airlift pumps. International Journal Multiphase Flow 1996, Vol. 22, No. 4, pp. 627–649.
8. S. Z. KASSAB, H. A. KANDIL, H. A. WARDA, W. H. AHMEDB: Experimental and analytical investigations of airlift pumps operating in three-phase flow. Chemical Engineering Journal 2007, No. 131, pp. 273–281.
9. M. F. KHALIL, K. A. ELSHORBAGY, S. Z. KASSAB, R. I. FAHMY: Effect of air injection method on the performance of an air lift pump. International Journal of Heat and Fluid Flow 1999, No. 20, pp. 598–604.
10. M. KALENIK: Badania modelowe sprawności powietrznego podnośnika cieczy (Model studies of air-lift pump efficiency). Ochrona Środowiska 2015, vol. 37 nr 4, ss. 39–46.
11. M. KALENIK: Investigations of hydraulic operating conditions of air lift pump with three types of air-water mixers. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Land Reclamation 2015, Vol. 47, No. 1, pp. 69–85.
12. M. KALENIK, P. PRZYBYLSKI: Eksperymentalne badania hydraulicznych warunków pracy powietrznego podnośnika. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2011, nr 6, ss. 219–223.
13. D. J. NICKLIN: The air lift pump: theory and optimization. Transactions of the Institution of Chemical Engineers 1963, Vol. 41, pp. 29–39.
14. M. KALENIK: Empirical formulas for calculation of negative pressure difference in vacuum pipelines. Water 2015, Vol. 7, No. 10, pp. 5284–5304.
15. M. KALENIK: Experimental investigations of interface valve flow capacity in the RoeVac type vacuum sewage system. Environment Protection Engineering 2014, Vol. 40, No. 3, pp. 127–138.
16. M. KALENIK: Experimental investigations of hydraulic resistance on lifts in pipelines of a vacuum sewage system. Environment Protection Engineering 2008, Vol. 34, No. 3, pp. 65–73.
17. S. Z. KASSAB, H. A. KANDIL, H. A. WARDA, W. H. AHMED: Air-lift pumps characteristics under two-phase flow conditions. International Journal of Heat and Fluid Flow 2009, No. 30, pp. 88–98.
18. S. H. KIM, C. H. SOHN, J. Y. HWANG: Effects of tube diameter and submergence ratio on bubble pattern and performance of air-lift pump. International Journal of Multiphase Flow 2014, No. 58, pp. 195–204.
19. A.-F. MAHROUS: Performance of airlift pumps: single-stage vs. multistage air injection. American Journal of Mechanical Engineering 2014, Vol. 2, No. 1, pp. 28–33.
20. A-F. MAHROUS: Experimental study of airlift pump performance with s-shaped riser tube bend. International Journal Engineering and Manufacturing 2013, No. 1, 1–12.
21. A.-F. MAHROUS: Performance study of an air-lift pump with bent riser tube. WSEAS Transactions on Applied and Theoretical Mechanics 2013, Vol. 8, No. 2, pp. 136–145.
22. A.-F. MAHROUS: Numerical study of solid particles-based airlift pump performance. WSEAS Transactions on Applied and Theoretical Mechanics 2012, Vol. 7, No. 3, pp. 221–230.
23. Q. MENG, C. WANG, Y. CHEN, J. CHEN: A simplified CFD model for air-lift artificial upwelling. Ocean Engineering 2013, No. 72, pp. 267–276.
24. T. YOSHINAGA, Y. SATO: Performance of an air-lift pump for conveying coarse particles. International Journal Multiphase Flow 1996, Vol. 22, No. 2, 223–238.
25. E. M. WAHBA, M. A. GADALLA, D. ABUEIDDA, A. DALAQ, H. HAFIZ, K. ELAWADI, R. ISSA: On the performance of air-lift pumps: from analytical models to large eddy simulation. Journal of Fluids Engineering 2014, Vol. 136, No. 11, pp. 1–7.
26. H. TIGHZERT, M. BRAHIMI, N. KECHROUD, F. BENABBAS: Effect of submergence ratio on the liquid phase velocity, efficiency and void fraction in an air-lift pump. Journal of Petroleum Science and Engineering 2013, Vol. 110, pp. 155–161.
27. I. I. ESEN: Experimental investigation of a rectangular air lift pump. Advances in Civil Engineering 2010, Article ID 789547, 5 p.
28. H. FUJIMOTO, S. MURAKAMI, A. OMURA, H. TAKUDA: Effect of local pipe bends on pump performance of a small air-lift system in transporting solid particles. International Journal of Heat and Fluid Flow 2004, No. 25, pp. 996–1005.
29. F. JANKOWSKI: Pompy i wentylatory w inżynierii sanitarnej. ARKADY, Warszawa 1975.
30. W.A. WURTS, S.G. MCNEILL, D.G. OVERHULTS: Performance and design characteristics of air lift pumps for field applications. World Aquaculture 1994, Vol. 25, No. 4, pp. 51–55.
31. W. KASPRZAK, B. LYSIK: Analiza wymiarowa. Algorytmiczne procedury obsługi eksperymentu. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1988.
32. M. KOKAR: Zarys procedury formułowania praw fizycznych w języku analizy wymiarowej. Inżynieria Chemiczna 1979, vol. 9, nr 2, ss. 361–369.
33. L. MULLER: Zastosowanie analizy wymiarowej w badaniach modeli. PWN, Warszawa 1983.
34. Z. ORZECHOWSKI, J. PRYWER, R. ZARZYCKI: Zadania z mechaniki płynów w inżynierii środowiska. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-59ca7cab-7db1-446b-b18e-03ec900fa205