Effect of tube diameter on two-phase flow patterns in mini tubes

Abstract

The effect of tube diameter on two-phase flow patterns was investigated in circular tubes with inner diameters of 0.6, 1.2, 1.7, 2.6, and 3.4 mm using air and water. The gas and liquid superficial velocity ranges were 0.01–50 and 0.01–3 m/s, respectively. The gas and liquid flow rates were measured and the two-phase flow pattern images were recorded using high-speed CMOS camera. The flow patterns observed were dispersed bubbly, bubbly, slug, slug-annular, wavy-annular, stratified, and annular flows. These flow patterns were not observed in all the test diameters, but were found to be unique to particular tube diameters, confirming the effect of tube diameter on the flow pattern. The data obtained were compared to existing experimental data and flow regime transition maps which show generally reasonable overall agreement at the larger diameters, but significant differences were observed with the smaller diameter tubes.

On a analysé l'effet du diamètre des tubes dans des modèles d'écoulement biphasé dans des tubes circulaires avec des diamètres internes de 0,6, 1,2, 1,7, 2,6 et 3,4 mm en utilisant de l'air et de l'eau. Les écarts de vitesse superficielle de gaz et de liquide étaient de 0,01–50 m/s et 0,01–3 m/s respectivement. Les débits de gaz et de liquide ont été mesurés et les images des modèles d'écoulement biphasé ont été enregistrées à l'aide d'un appareil photo CMOS haute vitesse. Les modèles d'écoulement observés étaient l'écoulement à bulles, à bulles, en piston, en piston annulaire, ondulé annulaire, stratifié et annulaire. Ces modèles d'écoulement n'ont pas été observés dans tous les paramètres d'essai, mais on a constaté qu'ils étaient uniques aux diamètres de tubes particuliers, ce qui confirme l'effet du diamètre des tubes sur le modèle d'écoulement. Les données obtenues ont été comparées aux données expérimentales existantes et aux cartes de transition des régimes d'écoulement qui démontrent un accord global raisonnable de façon générale aux paramètres plus grands, mais des différences importantes ont été observées dans les tubes aux diamètres plus petits.