Heat transfer during water contaminated oil flow

• Autorzy: Dybek B.

Warianty tytułu

PL

Wnikanie ciepła w warunkach zawodnionego oleju

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This report presents the research findings within heat transfer during water contaminated oil flow. Changes which take place under laminar flow regime were analysed on the basis of the equations available in literature. The experimental results and their analysis demonstrated that even a small volume of water, if present in an oil stream, would be responsible for disturbances in the heat transfer process between the pipe wall and the flowing two-phase liquid-liquid mixture.

PL

W pracy zaprezentowano wyniki badań dotyczących wnikania ciepła podczas przepływu zawodnionego oleju. Znajomość opisu warunków wnikania ciepła podczas przepływu zawodnionego oleju jest niezbędna do projektowania ale także sterowania instalacją i aparatami przepływowymi, w których realizowane są procesy lub operacje cieplne. Pomimo niewielkiego udziału hydrofilowych zanieczyszczeń, mogą one w pewnych warunkach istotnie wpływać na właściwości płynącej substancji, a tym samym na jej zdolność do przejmowania ciepła. Dzieje się tak dlatego ponieważ właściwości drugiej rozproszonej w oleju fazy są zdecydowanie odmienne od właściwości fazy ciągłej. Badania nad wnikaniem ciepła prowadzono z wykorzystaniem instalacji przepływowej, której głównym elementem był wykonany ze stali wysokostopowej poziomy kanał pomiarowy o długości 1 m i średnicy 10 mm. Temperaturę ściany mierzono za pomocą termopar kontaktowych umieszczonych na zewnętrznej powierzchni rury. Pomiary prowadzono w odniesieniu do układów odpowiadających strukturze DW, charakteryzujących się małym udziałem kropel wody i ich dużym rozproszeniem, co odpowiada warunkom przepływu zawodnionego oleju. Podczas badań mierzone wartości α_2F wynikały z natężenia strumienia ciepła przekazywanego od ścianki rury do cieczy i różnicy temperatur pomiędzy ścianą rury i płynem. Wartość strumienia ciepła wyznaczano bez znajomości mocy elektrycznej wydzielanej na rurze wprost z bilansu cieplnego czynników. Analizując wyniki badań doświadczalnych podjęto próbę porównania wartości α_2F z wartościami na podstawie równań słusznych dla przepływu jednofazowego, przyjmując jednocześnie, ze mieszanina dwufazowa spełnia model układu homogenicznego. Do porównania wybrano równania słuszne dla przepływu laminarnego ponieważ głównie takich warunków należy oczekiwać w przypadku przepływu oleju, gdyż olej zazwyczaj wykazuje znaczną lepkość. W przypadku prowadzonych badań mieszanina zawodnionego oleju wykazywała znaczny wzrost lepkości w odniesieniu do czystego oleju, ponieważ układ olej-woda w wyniku mieszania w przepływie ulegał emulgacji. Wyniki przeprowadzonych eksperymentów oraz ich analiza potwierdziły, że już niewielka zawartość wody w oleju zaburza proces wymiany ciepła pomiędzy ścianą rury a płynącą mieszaniną dwufazową olej-woda. Zaobserwowano różne przypadki odbierania ciepła od układów odpowiadających strukturze DW. W przypadku dyspersji, w której krople unoszonej wody kontaktują się dość często z powierzchnią wymiany ciepła wraz ze wzrostem prędkości fazy ciągłej współczynnik wnikania ciepła rośnie. W przypadku przepływu emulsji, drobne krople wody są trwale rozproszone i mają ograniczone możliwości swobodnego ruchu. Wraz ze wzrostem prędkości fazy ciągłej następuje spadek intensywności wymiany ciepła pomiędzy ścianką a płynem dwufazowym. Dzieje się tak dlatego, że gwałtownie wzrasta lepkość układu a tym samy wzrastają znacznie opory cieplne. Na podstawie wyników obliczeń stwierdzono, że pomimo homogeniczności obu układów — dyspersji oraz emulsji, stosowanie zasady addytywności w przypadku układów emulsyjnych w odniesieniu do ich zastępczej lepkości nie sprawdza się. W tym przypadku należy korzystać z równań dostępnych w literaturze przedmiotu. Dodatkowo należy pamiętać, że opis procesów wymiany ciepła pomiędzy ściana z zawodnionym olejem powinien uwzględniać warunki emulsyfikacji w przepływie. Należy również zwrócić uwagę na fakt, że równanie opisujące proces wnikania ciepła powinno uwzględniać wpływ lepkości na wartość α_2F. W związku z występowaniem wielu czynników wpływających na proces wymiany ciepła w warunkach przepływu zawodnionego oleju, szczegółowy opis przebiegu tego procesu wymaga prowadzenia dalszych badań eksperymentalnych i analiz.

Słowa kluczowe

PL

wnikanie ciepła; olej zawodniony; wymiana ciepła; przepływ cieczy lepkiej; przepływ dyspersyjny

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Systems : journal of transdisciplinary systems science
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 14, No sp.
• Strony: 13--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 3 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Dybek B.

• Opole University of Technology, Chair of Process Engineering; ul. Mikołajczyka 5; 45-271 Opole

Bibliografia

• [1] HAPANOWICZ J., Przepływ ciekłych układów dyspersyjnych. Studia i Monografie 204, Politechnika Opolska, Opole 2007.
• [2] ROHSENOW W. M. i in., Handbook of Heat Transfer, McGraw Hill, 1998.
• [3] KIM J., A general heat transfer correlation for non-boiling gas-liquid flow with different flow patterns in horizontal pipes, Int J. Multiphas Flow, 2006, 32, 447.