Badania modelowe sprawności powietrznego podnośnika cieczy

Kalenik, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Badania modelowe sprawności powietrznego podnośnika cieczy

Autorzy

Kalenik M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Model studies of air-lift pump efficiency

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy przeanalizowano wyniki badań modelowych wydajności powietrznego podnośnika cieczy stosowanego w układach mieszania i napowietrzania wody. Zakres badań obejmował wyprowadzenie wzorów do wyznaczania charakterystyki wydajności podnośnika przy różnej wysokości podnoszenia wody (H) oraz określenie jego sprawności (η). Badania wydajności (Qw) powietrznego podnośnika cieczy wykonano przy średnicy wewnętrznej rurociągu tłocznego d=0,04 m i pięciu wysokościach podnoszenia wody 0,45 m, 0,90 m, 1,35 m, 1,80 m oraz 2,25 m. Wykazano, że w powietrznym podnośniku cieczy natężenie przepływu powietrza (Qp) zwiększało się wraz ze wzrostem ciśnienia powietrza (pp), a równocześnie natężenie przepływu wody (Qw) zwiększało się wraz ze wzrostem ciśnienia powietrza i wzrostem natężenia przepływu powietrza. Ponadto im mniejsze były straty hydrauliczne podczas przepływu strumienia powietrza przez mieszacz powietrzno-wodny, tym wydajność powietrznego podnośnika cieczy była większa, przy czym wydajność ta malała wraz ze wzrostem wysokości podnoszenia wody. Największą sprawność powietrzny podnośnik cieczy osiągnął przy wysokości podnoszenia wody H=0,45 m, a najmniejszą przy H=2,25 m. Sprawność powietrznego podnośnika cieczy malała wraz ze wzrostem ciśnienia powietrza, natężenia przepływu powietrza i wysokości podnoszenia wody. Wartości natężenia przepływu wody obliczone za pomocą wyprowadzonych wzorów bardzo dobrze pokrywały się z wartościami wyznaczonymi z pomiarów.

Results of model capacity studies of an air-lift pump employed in water mixing and aeration systems were discussed. The studies covered derivation of equations for the pump capacity characteristics at different water heads (H) and its efficiency (η) determination. The capacity (Qw) studies were performed for the delivery pipe internal diameter of d = 0.04 m and water delivery heads of 0.45 m, 0.90 m, 1.35 m, 1.80 m and 2.25 m. The air flow rate (Qp) was demonstrated to increase with increasing air pressure (pp), while the water flow rate (Qw) increased with rise in both the air pressure and air flow rate. Additionally, the lower were the hydraulic losses generated by the air flux in the air-water mixer, the higher was the air-lift pump capacity. It decreased along with the rise in the water delivery head. The highest efficiency of the air-lift pump was reached for the water delivery head of H=0.45 m while the lawest – of H=2.25 m. The air-lift pump efficiency decreased with the increasing air pressure, air flow rate and water delivery head. The theoretical water flow rate values calculated using the derived formulas coincided very well with the measured values.

Słowa kluczowe

napowietrzanie powietrzny podnośnik cieczy przepływ wody przepływ powietrza ciśnienie powietrza

aeration air-lift pump air-water mixer water flow air flow air pressure

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2015

Tom

Vol. 37, nr 4

Strony

39--46

Opis fizyczny

Bibliogr. 37 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kalenik M.

marek_kalenik@sggw.pl

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, 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. J. MIKOSZ, Z. MUCHA: Weryfikacja założeń do projektu modernizacji małej oczyszczalni ścieków z uwzględnieniem nowej interpretacji wymagań prawnych (Validation of design assumptions for small wastewater treatment plant modernization in line with new interpretation of legal requirements). Ochrona Środowiska 2014, vol. 36, nr 1, ss. 45–49.
4. T. SOLECKI: Analiza i ocena możliwości renowacji odwiertu w uzdrowisku Połczyn. Wiertnictwo Nafta Gaz 2010, t. 27, nr 3, ss. 617–627.
5. 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.
6. W. FAN, J. CHEN, Y. PAN, H. HUANG, C.-T.A. CHEN, Y. CHEN: Experimental study on the performance of air-lift pump for artificial upwelling. Ocean Engineering 2013, No. 59, pp. 47–57.
7. N.C. PARKER: Airlift pumps and other aeration techniques. In: C.S. TUCKER [Ed.]: Water quality in channel catfish ponds, Southern Cooperative Series Bulletin 290, Mississippi Agriculture and Forestry Experiment Station, Mississippi State University, Mississippi 1983, pp. 24–27.
8. 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.
9. J.M. de CACHARD, F. DELHAYE: A slug-churn flow model for small-diameter airlift pumps. International Journal Multiphase Flow 1996, Vol. 22, No. 4, pp. 627–649.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. B. KAZIMIERCZAK: Modelowanie matematyczne przelewu burzowego z cylindrycznym regulatorem wirowym odpływu. Rocznik Ochrona Środowiska 2013, vol. 15, ss. 2158–2174.
16. M. KALENIK: Empirical formulas for calculation of negative pressure difference in vacuum pipelines. Water 2015, Vol. 7, No. 10, pp. 5284–5304.
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. I.I. ESEN: Experimental investigation of a rectangular air lift pump. Advances in Civil Engineering 2010, doi:10.1155/2010/789547.
27. 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.
28. 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.
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. D.J. NICKLIN: The air lift pump: Theory and optimization. Transactions of the Institution of Chemical Engineers 1963, Vol. 41, pp. 29–39.
32. M. KALENIK, P. PRZYBYLSKI: Eksperymentalne badania hydraulicznych warunków pracy powietrznego podnośnika. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2011, nr 6, ss. 219–223.
33. W. KASPRZAK, B. RYSIK: Analiza wymiarowa. Algorytmiczne procedury obsługi eksperymentu. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1988.
34. L. MULLER: Zastosowanie analizy wymiarowej w badaniach modeli. PWN, Warszawa 1983.
35. M. KOKAR: Zarys procedury formułowania praw fizycznych w języku analizy wymiarowej. Inżynieria Chemiczna 1979, vol. 9, nr 2, ss. 361–369.
36. Z. ORZECHOWSKI, J. PRYWER, R. ZARZYCKI: Zadania z mechaniki płynów w inżynierii środowiska. WNT, Warszawa 2001.
37. STATISTICA 6. Program komputerowy. StatSoft Polska sp. z o. o., Kraków 2006.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-fefdb51f-1e68-48dc-ba69-50104d4855be