Mass transfer from single carbon dioxide bubbles in vertical pipes is measured using a stereoscopic image processing method to develop a mass transfer correlation applicable to a wide range of bubble diameters in standard pipe sizes. The diameters of pipes used are 12.5, 18.2, and 25.0 mm and the bubble diameter ranges from 5 to 26 mm. The ratio, λ, of the bubble diameter to the pipe diameter is varied from 0.2 to 1.8, which covers various bubble shapes such as spheroidal, wobbling, cap, and Taylor bubbles. Measured Sherwood numbers, Sh, strongly depend on bubble shape, i.e., Sh of Taylor bubbles differs from that of spheroidal and wobbling bubbles. The Sherwood numbers are correlated in terms of the Peclet number Pe and λ. The applicability of the proposed correlation to long-term bubble dissolution process is examined through comparisons between measured and predicted dissolution processes. The predictions are carried out by solving mass conservation equations not only for carbon dioxide but also for nitrogen and oxygen. Good agreements are obtained in the dissolution processes for various bubble sizes and the three pipe diameters

چکیده

[در این مطالعه] انتقال جرم از حبابهای مجزای دی اکسید کربن درون لوله های عمودی بوسیله روشی مبتنی بر پردازش تصویر استریوسکوپی اندازه گیری می شود. سپس بر اساس اندازه گیری های انجام شده، یک رابطه همبستگی حاصل می شود که روی حبابهایی با طیف وسیعی از قطر در لوله هایی با اندازه استاندارد، قابل کاربرد است. قطر لوله های مورد استفاده عبارت بود از 5/12، 2/18 و 0/25 میلی متر و قطر حبابها نیز در بازه 5 تا 26 میلیمتر قرار داشت. نسبت قطر حباب به قطر لوله یا λ بین 2/0 تا 8/1 متغیر بود که شامل حبابهایی با شکل های مختلف از قبیل کروی، لَنگی، کلاهی و حبابهای تیلور می شد. مقادیر عدد شِروود یا Sh اندازه گیری شده بستگی زیادی به شکل حبابها داشت، به این معنا که مقدار Sh حبابهای تیلور متفاوت از این مقدار درحبابهای کروی و لَنگی است. همبستگی اعداد شروود بر حسب عدد پیکلت، Pe و مقدار λ بیان شده است. قابلیت استفاده از همبستگی پیشنهادی در فرایندهای دراز مدت حباب محلول از طریق مقایسه فرایندهای محلول پیش بینی شده با مقادیر اندازه گیری شده، مورد ارزیابی قرار گرفت. پیش بینی ها با حل معادلات پایداری جرم، برای دی اکسید کربن، اکسیژن و نیتروژن انجام شدند. در فرایندهای انحلال مربوط به حبابهایی به اندازه های مختلف در لوله هایی با 3 مقدار قطر داده شده در بالا انطباق خوبی [بین مقادیر پیش بینی شده و مقادیر اندازه گیری شده] بدست آمد.

1-مقدمه

فرایند انتقال جرم بین حباب و مایع، در سیستم های مهندسی فرایند مختلفی از قبیل ستون های حباب، بیورآکتورها، کارخانجات تبدیل گاز به مایع، تجزیه دی اکسید کربن در آب اقیانوس [1] و غیره کاربرد دارد. می دانیم که انتقال جرم به فاکتورهای مختلفی از جمله قطر حباب، شکل حباب، سرعت حباب، خواص سیال دوفازی، درجه آلودگی مایع، وجود جداره لوله و غیره بستگی دارد. بنابراین مطالعاتی چند روی آثار این فاکتورها بر انتقال جرم صورت گرفته اند [2 - 10]. چندین مدل برای [تعیین] عدد شروود، Sh، تک حبابی که درون یک مایع راکد صعود می کند، ارائه شده است که در آنها اقطار و اشکال مختلفی از حباب از قبیل کروی، بیضوی، لَنگی و حبابهای کلاهی مورد بررسی قرار گرفته اند...