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Keywords:

  • horizontal two-phase flow;
  • packed beds;
  • pressure drop;
  • liquid hold-up;
  • modelling

Abstract

A unidirectional, two-fluid model based on the volume-average mass and momentum balance equations was developed for the prediction of two-phase pressure drop and external liquid hold-up in horizontally positioned packed beds experiencing stratified, annular and dispersed bubble flow regimes. The so-called slit model drag force closures were used for the stratified and annular flow regimes. In the case of dispersed bubble flow regime, the liquid-solid interaction force was formulated on the basis of the Kozeny-Carman equation by taking into account the presence of bubbles in reducing the available volume for the flowing liquid. The gas-liquid interaction force was evaluated by using the respective solutions of drag coefficient for an isolated bubble in viscous and turbulent flows. The proposed drag force expressions for the different flow patterns occurring in the bed associated with the two-fluid model resulted in a predictive method requiring no adjustable parameter to describe the hydrodynamics for horizontal two-phase flow in packed beds.

Un modèle 1-D basé sur les équations de conservation de masse et de quantité de mouvement a été formulé pour prédire la perte de pression et la rétention externe du liquide lors d'écoulements biphasiques horizontaux en milieux poreux dans les régimes d'écoulement stratifié, annulaire et à bulles dispersées. Le modèle de fente a été appliqué en vue de formuler les équations de fermeture pour les forces interfaciales de cisaillement dans les régimes stratifié et annulaire. Concernant le régime à bulles dispersées, la force d'interaction liquide-solide a été formulée sur la base de l'équation de Kozeny-Carman en prenant en ligne de compte la présence de bulles qui réduiraient le volume disponible pour l'écoulement du liquide. La force d'interaction gaz-liquide a été évaluée en utilisant les solutions respectives du coefficient de traînée pour une bulle isolée en écoulements visqueux et turbulent. Le modèle 1-D couplé aux équations de fermeture pour les forces interfaciales ne requiert aucun paramètre réglable pour décrire l'hydrodynamique pour l'écoulement biphasique horizontal en lit fixe.