Düşey borularda su-buhar akışı için iki-fazlı sürtünme çarpanı hesaplamasında kullanılan deneysel verilerin, korelasyonların ve basınç düşümü bileşenlerinin analizi

Abstract

İki-fazlı akışlarda basınç düşümünün ölçülmesi için birçok deneysel araştırma yapılmış, bunların sonuçlarına dayalı olarak sürtünmeden kaynaklanan basınç düşümünün ve iki-fazlı akış sürtünme çarpanının belirlenmesi için farklı akış koşullarında birçok korelasyon elde edilmiştir. Literatürde yer alan iki-fazlı akışlardaki basınç düşümü ölçümü sonuçlarının derlenmesiyle bir veri tabanı oluşturulmasına ihtiyaç vardır.Bu tez çalışmasında, düşey borularda iki-fazlı akış sürtünme çarpanının belirlenmesi amacıyla iki-fazlı akıştaki basınç düşümü ölçümü sonuçlarından biri sabit (homojen) ısı akısıyla ısıtılmış, diğeri adyabatik düşey borularda su-buhar akışı için iki ayrı veri tabanı oluşturulmuş; bu veri tabanlarındaki ölçüm sonuçları, homojen akış modeli ve literatürden seçilen korelasyonlar kullanılarak iki-fazlı akış sürtünme çarpanları hesaplanmıştır. Ayrıca, ölçüm sonuçlarından hesaplanan basınç düşümü bileşenlerine ait değerler hem birbirleriyle hem de Klausner vd. (1990)'nde verilen basınç düşümü bileşenleriyle karşılaştırılmıştır.Veri tabanlarından yararlanılarak hesaplanan iki-fazlı akış sürtünme çarpanları doğru kabul edilerek homojen modelden ve korelasyonlardan elde edilen iki-fazlı akış sürtünme çarpanlarının ortalama hataları ve fark kareleri ortalamasının kare köküyle hesaplanan (RMS) hataları belirlenmiş, ısıtmanın homojen model ve korelasyonlarla belirlenen iki-fazlı sürtünme çarpanları üzerindeki etkisi Tarasova vd. (1966) korelasyonu yardımıyla test edilmiştir.Araştırma sonucunda, homojen modele ve korelasyonlara ısıtma etkisinin ilave edilmemesi sonucuna varılmış, ısıtılmış düşey borularda su-buhar akışı için iki-fazlı akış sürtünme çarpanı belirlenmesinde ortalama hata dağılımları ve RMS hataları itibarıyla Muller-Steinhagen ve Heck (1986), Chisholm (1973), Lombardi ve Pedrocchi (1972) korelasyonları, homojen akış modeli, Friedel (1979) korelasyonu ve Thom (1964) metodu sonuçlarının en doğrudan en az doğruya doğru sıralandığı tespit edilmiştir. Ayrıca, adyabatik düşey borularda su-buhar akışı için iki-fazlı akış sürtünme çarpanı belirlenmesinde ise RMS hata değerleri itibarıyla en doğru sonucu Chisholm (1973) korelasyonunun verdiği belirlenmiştir.

Many experiments have been performed and various correlations have been developed to predict the two-phase frictional pressure drop (?P) and the two-phase friction multiplier for various flow conditions. Based on these researches, experimental two-phase flow ?P data for steam-water in uniformly heated and adiabatic vertical tubes have need compiled from the literature.Two sets of data have been compiled and used in this thesis study: (i) Two-phase flow ?P data compilation for water in vertical heated tubes and (ii) the two-phase flow ?P data in vertical adiabatic tubes. The compiled data have been used to calculate the two-phase friction multiplier and also to assess the prediction accuracy of two-phase friction multiplier correlations selected from the literature and homogeneous model for steam-water flow in vertical tubes. The effect of heat flux on two-phase friction was of particular interest in this study. Hence, the two-phase friction multiplier predictions of homogeneous model with and without the Tarasova et al. (1966) heating effect (THE) correction are compared with the two-phase friction multipliers extracted from the diabatic data base of this study.Additionally, pressure drop components (due to gravitation, acceleration and friction) have been examined for vertical heated tubes based on the databases. These ?P components are also compared with those of presented by Klausner et al. (1990).The results for two-phase friction multipliers of this study are as follows: (i) The predictions of correlations and homogeneous model without THE correction yield better results than those with THE correction. (ii) The predictions of Muller-Steinhagen and Heck (1986) correlation have the minimum errors and that of Chisholm (1973), Lombardi and Pedrocchi (1972) correlations, homogeneous model, Friedel (1979) correlation and Thom (1964) method follow it in the prediction accuracy rank based on the average and RMS errors. (iii) The predictions of the Chisholm (1973) correlation yield the least error for the flow in adiabatic tubes.