Caratterizzazione sperimentale di flussi acqua olio in condotti circolari orizzontali attraverso brusche contrazioni di sezione

Oil-water two-phase flow experiments were conducted in a horizontal duct made of Plexiglas® to determine pressure drops, using mineral oil (viscosity 0,65 [Pa s] at 23,5 °C and density [890 kg m-3]) and tap water. The duct presents two sudden contractions, with contraction ratios σ=0,64 or σ=0,36. About 200 tests were performed by varying the flow rates of the phases. From the measured pressure drops it was possible to determine the following information: • pressure gradients of upstream duct (50 mm) and downstream ducts (40 and 30 mm); • pressure loss across sudden contractions; Flow patterns were investigated. Due to the relatively low value of the contraction ratio (σ=0,64), no relevant variations of the flow patterns across the sudden contraction were observed, whereas the contraction ratio σ=0,36 reduces the core’s eccentricity, in case of upstream annular flow. If the upstream flow is eccentric and dispersed, the sudden contraction starts the transition from oil dispersed flow to core annular flow or distributes homogeneously dispersed particles in the duct. Data were then compared with pressure gradients predictions of models for oil-water flow in horizontal ducts without singularity. There is no correlation in the literature predicting precisely pressure gradient of fully developed upstream flow or developing downstream flow. The pressure reduction factors R were calculated and core annular flows present higher value. Finally pressure loss across the sudden contractions k was calculated. Correlations for gas-liquid flow were inadequate to predict pressure loss across a sudden contraction for oil-water flow.

È stata effettuata una campagna sperimentale su flussi bifase acqua-olio, per misurare le cadute di pressione di un flusso acqua-olio (viscosità 0,65 [Pa s] a 23,5 °C e massa volumica 890 [kg/m3]) in condotti orizzontali di Plexiglas® che presentano bruschi restringimenti di sezione con rapporto di contrazione σ=0,64 o σ=0,36. Sono state eseguite circa 200 prove variando le portate delle due fasi. Attraverso la linearizzazione delle cadute di pressione sono state determinate: • le cadenti di pressione del condotto di monte da 50 mm e dei condotti di valle da 40 e 30 mm. • la perdita di carico localizzata attraverso le singolarità; Inoltre è stata osservata l’influenza delle singolarità sui regimi di moto attraverso materiale fotografico. Il modesto rapporto di contrazione (σ=0,64) non sembra introdurre significative alterazioni del regime di moto, mentre la singolarità con rapporto di contrazione pari a 0,36 riduce l’eccentricità del core di olio in caso di moto anulare inverso di monte. Se il flusso prima della singolarità è disperso ed eccentrico, la riduzione di sezione determina la transizione dal regime anulare al regime disperso o distribuisce le particelle disperse in maniera più omogenea nel condotto. I dati sono stati confrontati con modelli per la previsione delle perdite di carico per flussi acqua-olio in condotti orizzontali senza singolarità e alcun modello risulta adeguato per la previsione sia delle cadenti del flusso di monte completamente sviluppato, sia delle cadenti del flusso di valle in via di sviluppo. Sono stati calcolati i fattori di riduzione delle perdite di carico R e i valori più elevati sono stati ottenuti per il condotto da 30 mm che presenta un core di olio poco eccentrico. Infine è stato effettuato il calcolo dei coefficienti di perdita localizzata k e si è concluso che i modelli per la previsione della caduta di pressione localizzata per flussi bifase gas-liquido sono del tutto inadatti per flussi acqua-olio.