Model Investigations of Flow Rate and Efficiency of Air Lift Pump with PM 50 Mixer and Circumferential Mixer

• Autorzy: Kalenik Marek , Chalecki Marek

Warianty tytułu

PL

Badania modelowe wydajności i sprawności pracy powietrznego podnośnika z mieszaczem typu PM 50 i z mieszaczem obwodowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the analysis of results of investigations concerning an influence of applied constructive solutions on hydraulic operating conditions of a water-pumping air lift pump. The scope of the investigations encompassed the determination of flow rate and efficiency characteristics of an air lift pump having the discharge pipe with the internal diameter d = 0.04 m. The PM 50 mixer with a perforated rubber membrane, available on the market, as well as a mixer of own design, called circumferential mixer, were tested (the name origins from the fact that the mixer has the shape of a ring which encloses the discharge pipe on its whole circumference). The investigations were performed for three air-water mix delivery heads H: 0.40, 0.80, 1.20 m, for the specified pressure pipe submergence length h = 0.80 m. It has been stated that for both types of the applied mixers the water flow rate Q_w increased along with the increase of the air flow rate Q_a, reaching maximum, then decreased. However, in both of the applied mixers, the water flow rate Q_w permanently decreased as the air-water mix delivery head H increased. The air lift pump achieved higher water flow rate Q_w if the circumferential mixer was applied instead of that with perforated rubber membrane. It has been proved that for both of the applied types of mixers the air flow rate Q_a in the air lift pump cannot be lower during water pumping than 5.0 m³·h^-1 and should not exceed 15.0 m³·h^-1 in case of the circumferential mixer and 16.0 m³·h^-1 for the perforated rubber membrane mixer. The efficiency h of the tested air lift pump for both of the applied types of mixers decreased when the air-water mix delivery head H increased. The higher efficiency h, however, was obtained for the air lift pump with the circumferential mixer than for the perforated rubber membrane mixer.

PL

W artykule przedstawiono analizę wyników badań, dotyczących wpływu stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych mieszaczy na hydrauliczne warunki pracy powietrznego podnośnika do tłoczenia wody. Zakres badań obejmował wyznaczenie charakterystyk wydajności i sprawności pracy powietrznego podnośnika o średnicy wewnętrznej rurociągu tłocznego d = 0,04 m. Do badań wykorzystano mieszacz dostępny na rynku typu PM 50 z perforowaną gumową membraną i mieszacz własnej konstrukcji, który nazwano mieszaczem obwodowym (nazwa pochodzi stąd, że ma on kształt pierścienia, który obejmuje rurociąg tłoczny na całym jego obwodzie). Badania wykonano dla trzech wysokości podnoszenia mieszaniny wody i powietrza H: 0,40, 0,80, 1,20 m, przy stałej długość zanurzenia rurociągu tłocznego h = 0,80 m. Stwierdzono, że dla obu zastosowanych typów mieszaczy natężenie przepływu wody Q_w rosło wraz ze wzrostem natężenia przepływu powietrza Q_a osiągając maksimum, a następnie malało. Natomiast w obu zastosowanych typach mieszaczy wraz ze wzrostem wysokości podnoszenia mieszaniny wody i powietrza H, natężenie przepływu wody Q_w tylko malało. Większą wydajność natężenia przepływu wody Q_w powietrzny podnośnik uzyskał z mieszaczem obwodowym niż z mieszaczem z perforowaną gumową membraną. Wykazano, że dla obu zastosowanych typów mieszaczy natężenie przepływu powietrza Q_a w powietrznym podnośniku podczas tłoczenia wody nie może być mniejsze niż 5,0 m³·h^-1 i nie powinno przekraczać dla mieszacza obwodowego 15,0 m³·h^-1,, a dla mieszacza z perforowaną gumową membraną 16,0 m³·h^-1. Sprawność pracy h badanego powietrznego podnośnika dla obu zastosowanych mieszaczy malała wraz ze wzrostem wysokości podnoszenia mieszaniny wody i powietrza H. Natomiast dla powietrznego podnośnika z mieszaczem obwodowym uzyskano większą sprawność pracy h, niż dla powietrznego podnośnika z mieszaczem z perforowaną gumową membraną.

Słowa kluczowe

EN

air lift pump; perforated rubber membrane mixer; circumferential mixer; two-phase flow

PL

powietrzny podnośnik; mieszacz z perforowaną gumową membraną; mieszacz obwodowy; przepływ dwufazowy

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2020
• Tom: Tom 22, cz. 1
• Strony: 456--474
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kalenik Marek

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Poland

autor

Chalecki Marek

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Poland

Bibliografia

• Ahmed, W.H., Aman, A.M., Badr, H.M., Al-Qutub, A.M. (2016). Air injection methods: The key to a better performance of airlift pumps. Experimental Thermal and Fluid Science, 70, 354-365.
• Barrut, B., Blancheton, J-P., Champagne, J-Y., Grasmick, A. (2012). Mass transfer efficiency of a vacuum air lift – application to water recycling in aquaculture systems. Aquacultural Engineering, 46, 18-26.
• De Cachard, F., Delhaye, J. M. (1996). A slug-churn flow model for small-diameter airlift pumps. International Journal Multiphase Flow, 22(4), 627-649.
• Esen, I. I. (2010). Experimental investigation of a rectangular airlift pump. Advances in Civil Engineering, ID 789547, 5, doi:10.1155/2010/789547.
• Fan, W., Chen, J., Pan, Y., Huang, H., Chen, C-T. A., Chen, Y. (2013). Experimentalstudy on the performance of air-lift pump for artificial upwelling. Ocean Engineering, 59, 47-57.
• Fujimoto, H., Murakami, S., Amura, A., Takuda, H. (2004). Effect of local pipe bendson pump performance of a small air-lift system in transporting solid particles. International Journal of Heat and Fluid Flow, 25, 996-1005.
• Hanafizadeh, P., Ghanbarzadeh, S., Saidi, M. H. (2011). Visual technique for detection of gas–liquid two-phase flow regime in the air lift pump. Journal of Petroleum Science and Engineering, 75, 327-335.
• Hu, D., Tang, Ch., Ca, S., Zhang, F. (2012): The Effect of Air Injection Method on the Airlift Pump Performance. Journal of Fluids Engineering, 134(11), 111302, DOI: 10.1115/1.4007592.
• Kujawiak, S., Makowska, M., Matz, R. (2018). Hydraulic characteristics of the air lift pump. Acta Scientiarium Polonorum, Formatio Circumiectus, 17(4), 85-95.
• Kujawiak, S., Makowska, M., Mazurkiewicz, J. (2020). The Effect of Hydraulic Conditions in Barbotage Reactors on Aeration Effciency. Water, 12(3), 724-747.
• Kalenik, M. (2014). Experimental investigations of interface valve flow capacity in the RoeVac type vacuum sewage system. Environment Protection Engineering, 40(3), 127-138.
• Kalenik, M. (2015a). Badania modelowe sprawności powietrznego podnośnika cieczy. Ochrona Środowiska, 37(4), 39-46.
• Kalenik, M. (2015b). 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, 47(1), 69-85.
• Kalenik, M. (2015c). Empirical formulas for calculation of negative pressure difference in vacuum pipelines. Water, 7(10), 5284-5304.
• Kalenik, M. (2017). Badania modelowe strumienia objętości piasku i wody w podnośniku powietrznym. Ochrona Środowiska, 39(1), 45-52.
• Kalenik, M., Chalecki, M. (2018). Experimental Study of Air Lift Pump Delivery Rate. Rocznik Ochrona Środowiska, 20, 221-240.
• Kassab, S. Z., Kandil, H. A., Warda, H. A., Ahmedb, W. H. (2007). Experimental and analytical investigations of airlift pumps operating in three-phase flow. Chemical Engineering Journal, 131, 273-281.
• Kassab, S. Z., Kandil, H. A., Warda, H. A., Ahmed, W. H. (2009). Air-lift pumps characteristics under two-phase flow conditions. International Journal of Heat and Fluid Flow, 30, 88-98.
• Khalil, M. F.; Elshorbagy, K. A.; Kassab, S. Z.; Fahmy, R. I. (1999). Effect of air injection method on the performance of an air lift pump. International Journal of Heat and Fluid Flow, 20, 598-604.
• Kim, S. H., Sohn, C. H., Hwang, J. Y. (2014). Effects of tube diameter and submergence ratio on bubble pattern and performance of air-lift pump. International Journal of Multiphase Flow, 58, 195-204.
• Koda, E., Miszkowska, A., Sieczka, A. (2017). Levels of Organic Pollution Indicators in Groundwater at the Old Landfill and Waste Management Site. Applied Sciences, 7(6), 638-660.
• Mahrous, A.-F. (2014). Performance of airlift pumps: single-stage vs. multistage air injection. American Journal of Mechanical Engineering, 2(1), 28-33.
• Mahrous, A-F. (2013a). Experimental study of airlift pump performance with s-shaped riser tube bend. International Journal Engineering and Manufacturing, 1, 1-12.
• Mahrous, A.-F. (2013b). Performance study of an air-lift pump with bent riser tube. Wseas Transactions on Applied and Theoretical Mechanics, 8(2), 136-145.
• Mahrous, A.-F. (2012). Numerical Study of Solid Particles-Based Airlift Pump Performance. Wseas Transactions on Applied and Theoretical Mechanics, 7(3), 221-230.
• Meng, Q., Wang, C., Chen, Y., Chen, J. (2013). A simplified CFD model for air-lift artificial upwelling. Ocean Engineering, 72, 267-276.
• Nicklin, D.J. (1963). The air lift pump: theory and optimization. Transactions of the Institution of Chemical Engineers, 41, 29-39.
• Qiang, Y., Fan, W., Xiao, C., Pan, Y., Chen, Y. (2018). Effects of operating parameters and injection method on the performance of an artificial upwelling by using airlift pump. Applied Ocean Research, 78, 212-222.
• Sawicki, J.M. (2004). Aerated grit chambers hydraulic design equations. Journal Environmental Engineering, 130(9), 1050-1058.
• Sawicki, J., Pawłowska, A. (1999). Energy balance for air lifting pumps. Archives of Hydro- Engineering and Environmental Mechanics, 46(1-4), 63-72.
• Tighzert, H., Brahimi, M., Kechroud, N., Benabbas, F. (2013). Effect of submergence ratio on the liquid phase velocity, efficiency and void fraction in an air-lift pump. Journal of Petroleum Science and Engineering, 110, 155-161.
• Wahba, E.M., Gadalla, M.A., Abueidda, D., Dalaq, A., Hafiz, H., Elawadi, K., Issa, R. (2014). On the performance of air-lift pumps: from analytical models to large eddy simulation. Journal of Fluids Engineering, 136(11), 1-7.
• Yoshinaga, T., Sato, Y. (1996). Performance of an air-lift pump for conveying coarse particles. International Journal Multiphase Flow, 22(2), 223-238.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).