Experimental investigation of downward gas-liquid flow in a Vertical pipe with non-newtonian liquid

ELAMEEN, Fathelrhman Omer Mohammed, Prof.Dr.Ir. Indarto, DEA

2004 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Aliran dua-fase adalah salah satu bagian aliran multi-fase yang dibedakan atas jenis fase alirannya (cair-gas, padat-cair, gas-padat), arah alirannya (aliran searah dan aliran berlawanan), dan posisi pipanya (vertical, horizontal, miring). Cairan non- Newtonian adalah cairan yang tidak mengikuti hubungan linear antara stress dan strainnya. Tujuan penelitian ini adalah untuk mencari karakteristik alirannya (penurunan tekanan dan pola aliran) pada pipa vertical berdiameter dalam 32 mm, memvisualisasikan alirannya dan membuat peta pola aliran umum, pada aliran dua-fase (gas-cair) searah ke bawah dengan menggunakan non-Newtonian Liquid (aqueous carboxyl methyl cellulose, CMC) sebagai fase cair. Percobaan dilaksanakan pada kecepatan cair konstan dan memvariasikan kecepatan gasnya. Pada penelitian ini menggunakan pipa transparan (plexiglass), udara dan CMC pada dua viskositas cairan kerja. Pola aliran dianalisa pada kecepatan cairan dari 0,083 m/s hingga 0,49 m/s, dimana kecepatan udaranya dari 0,59 hingga 2,43 m/s. Suhu dan tekanan pada percobaan ini adalah 1 atm dan 25C. Hasil menunjukkan bahwa untuk kondisi aliran yang sama (kecepatan cairan konstan, kecepatan gas bervariasi) penurunan tekanan dipengaruhi oleh viskositas di sepanjang kenaikan viskositasnya (0.02 hingga 0,145 Ns/m2), sementara penurunan tekanan mengecil. Gejala ini lebih jelas terlihat pada kecepatan yang lebih tinggi. Data eksperimental pada percobaan ini kemudian dibandingkan dengan perhitungan teoritis (homogen dan aliran terpisah). Tiga jenis pola aliran yang ditemukan adalah: : gelembung (bubbles), kantung udara (slugs) and falling film. Berdasarkan data analisis ini, maka dibuatlah peta pola aliran

Two-phase flow is a part of multi-phase flow that is distinguished on the basis of its flow phases (liquid-gas, solid-liquid, and gas-solid), flow directions (co-current and counter current), and pipe positions (vertical, horizontal, or inclined). A non-Newtonian fluid is the fluid which does not follow the linear stress-strain relation. The Objectives of this research are to investigate the characteristics of the flow (pressure drop and flow pattern) in a vertical pipe with 32 mm inside diameter, the visualization of the flow and the map of Generalized- Flow-Pattern. In downward two phase flow (gas-liquid) by using a non-Newtonian Liquid (aqueous carboxyl methyl cellulose CMC) as a liquid phase. The test was conducted at constant liquid velocity while varying gas velocity. The research has been carried out by using a transparent pipe (plexiglass) with the diameter of 32 mm, air and CMC of two different viscosities as working liquid. The flow pattern was examined at liquid velocity of 0.083 m/s to 0.49 m/s, whereas air flow velocity from 0.59 m/s to 2.43 m/s. The present experiment has been conducted at air pressure of 1 atm and room temperature of 25o C. The results of the study reveal that for the same flow condition (constant liquid velocity, varying gas velocity) the pressure drop is influenced by viscosity, that is, as the viscosity increases(from 0.02 to 0.145 N.s/m2), the pressure drop decreases. This finding is more apparent at high liquid velocity. The experimental data obtained in the present study are compared with theoretical (homogeneous and separated model) calculations. Three kinds of flow patterns have been found out: bubbles, slugs, and falling film. Based on the data analysis, flow pattern map was drawn.

Kata Kunci : Aliran Dua Fase,Pola Aliran,Pipa Vertikal, pressure drop, non-Newtonian liquid, flow pattern, downward flow, gasliquid