Characterization of Flow Regimes in Bubble Columns through CCF Analysis of Pressure Fluctuations
Transcript of Characterization of Flow Regimes in Bubble Columns through CCF Analysis of Pressure Fluctuations
������������
������ ������� �� ���� � ��� ������� ������ ������ ��� �������� �� �� ���������
�� ��� ���� ������� ���� � ��� �� ��� �� �� ���
�� �� � ��� ������� ���������� �� ������ ������ ����������� ��� ������ ������������� ���� ������� ���� �������� ����� �� � �������� �� ��� ���� � ������ ����������������� ���������������� ������� ��� ! �������� ������� � ������� ����������� ���������� �������� �� � ������� ��� ������� �� ����������� ��� �� �� � ��"!����� � ��#���� ���������� ���� � ��$��� ���� �������� ��� ������� � ��������� �� � ������� �� ��$��� �������� � ����� ��� ���� ��� ���� � �� �� �������� ��������� �� ������������ ���� �������� %���������� ������������ ��� ���� �������� � ������� � ������ �� �� ��������� ���� ������ �������� � �� �������� �� �������� ���������� ��� � �������� ��� ��� � ������� �� �����������
� ����������
������ ������� ��� ���� ������ ��� �� �� � ������ ��������� ��� ���������� ��������� &���� �� ��������� ��� ��� � ������������ �� ������ ������� ��� ���� ��#� '����������� � ��������� ������� �� �� ������ ������ ��� � �� �� ������ ��� � ������ �� �������������� �� ����������� ��� �� ������� ����� �� � ���������� �� � ������� (��������� � ������$��� ������������ �� ���������� �� � ������ �� ��� ������ �������)� ���������� ������� ����������� ������ ��� ��������� ������ ������ ��� �� ���� �� ��� ������������ �������� ��� ��#��� ��� $��� �������� �� ���� �������� ��������� � �� �� ���� � ���� � ���������� ������ ��� ��������� ��������� ��� ���*�� ������ �#�������� ���������� ��� �������� � ��������� ���� �� ���� ��� � ������ ������������� �� �� �� ��� ���������������� ������� ��� ! �������� �� �������������� �� �����������& ������ ���� ��� ������� � ������������ �� ����
��� ������� �� � �������� �� � ������� ���������� +�������� �� ��� �� � ��� �� ���� ��������� �� ��������� � � ��������� ����� ����$��� ��� �� ���������� ��� ����
������ �� ��� ��������� ��� � �� ������ � ������������ ���� �������� �� ������� ���������� ������� � ���� ���*����� ��� $�������� ��� ��� � ����������� �� ���������� ��� ������ ��������� ,� � ��� ���� � ��������������� �� ���� ����� ����� �������� ���������������� �� +�-� .%-� ���! �� �� ������� ��� ��������� ������������� ���� ���������� �������� � � �������� � ������ ������� � �������� /������ ��������� �������� ���� ��� �� �� � ���������� �������� �� ���������������� ��� ����������������� ����� ��������� �������� ��� ���� � ���
��� �������� ��� ���� � ��������� ���� � ������ �� ���0������� � ���� �� ��� ����� �� ����������� ������������ �� �������� 1����� �� ����������� ���� � ������ ������� � ��� ���� ������ � ��������� ����� ������������������������ ������� ��� ! �������� �� �� ��*���� ����� ��� ����� ���� ������� ���������� ���� � ������������ %����� � ���� ������� ��������� �������� ������ ������� � ��� �� ����� ��� � ��� ��# ������������� �� � ������ ������� & ������ ����� �� ��������� ����������� ���� �������� ��� ���� ��� �� �������� � ��������� ������� ������� �� � ���� �������� 2"3� /��� ��������� ��������� ��� �� � 0��� �#� ����� ���������� ��������� ��� 4��������� ���� ��4 ���� �! ���� ����� ����� ��� ������ ������������ ��� ���� ��� ������� 25� 63��� �� � ��� � ������ ��������� � ��� �������� ���
����� ���� ���� ������� ���� � ��� ���� ����������� �������� �� ������� ���������� � �� ������� � ���� ��� ���� � ��� �������� ����������� �� 4 ���� ������ �� ���� �������� ������� ����� �����
� �� ��� ���
& ������� ������� �� � �# �������� �� � �� ������ ��� "� �� �# ������� ���� ������� �� �� � �����������+��#����� ������ �� ������� ������� 7�"8 � ��� ���"�8 � �� � �������� ���� ��� � � ����� ��� �������� � � ������ 7�5 � � �� ������ � ���������� �� ������ ������� ����������� ��� ���� �������� �� � ������ �� �� � ������ � ����� � ����� �� ��������� ��� ������� ����9��� � � �������� �� �������� ������� ��������� �������� � ������� ������ �:;57 �&! �� � ���������������� �&/+�+66"(" 5&5� 7�5<! ��� ��� ��� � � ����� "77 0� �� � ��� ��$������� ������ �=������ ���������� +���>75:?! ������ � ��� ����� �� � ��� ��� ��.������� �� ��������� ���$����� �� ������� ������������ �� ���� ����� "7 0� �� � ������ ������ 2:3� ������ ���� ���$����� ������� � ��� ��� �� �������� ������ ��������� � � =�$��� ��� ���� ������ & � ����
����� ��� �������� �!!"� ��� =�� "7 %,�) "7�"775@����577877"88 A 5778 B�.?C�-�0 -����� (��0 D ��� 4(�&� B������ ""7E
;
2�3 %������� F� F� B� ����� � ��� ������ ������� ����� �� ������������*��*���G����������������!� +���� %������� %� B���� %������� .� 0�.�� +���� %������� F� �� H��� /���� �� ?����������� ��� ����������/������ ������������� %�����'�������� �� ���������� %����� "">756�+� 1� �����
��������������
��� �� ���� �� 65I>J ��� ���� ��� �������� � ��� �������� ��� ��� ��������� ��� � �����������&�� �# ������� ���� �������� �� � �������� ���
�������� � ���� ��$��� ���� �� ��� � ������ ��$������ ��� 9� ������ � " �� �� �� �������� ��� ���������� ������ ������ 7�77E ��� 7�"> �@�� &�� ��� ���� �� �������� ��� �� ��� �# �������� ��� � �� �� �������� ��� ���� ���� �� ��� ����������� ��� & �� "J ���� ��������� "�> ��� ��� ��� � �� J" ���� �� �������7�8 ��� &�� � ���� ���� ��������� ��������� � � ������ �� � ����� &� ��� ��� ������ �� ���� ��� ������ ��# ������� �� ��*���� ������� ��� ��� ��*���� �� � �������� ��������� �/�������� %7J;"@HK!� �� ��� ��� ������������� � ������ � �������
# � �� ��� $������
#%� &� '���� ������
(�� ���� �� �� �� ���� ������� �� ������ ��������� �� ��������� �� � �������� ����� �� ���� ������� &����� ��������� ��� �� ����� ��� ���� �� ������ �� ������������� ���� ������� �� ������ �������� �� ��� ���� �� ��������� �� ��������� � ���� ������� � �� ������� � � 283� �� ��� 5� � ������ �� ��� ���� ��� ���
����� ��� �� ���� ���� �� � ����� ����� �� � ����������� ������� ��� ���� ��������� ����� �������� ���� �������� ��� ������� ��� �� ��� & ��� �� �� ���������� ������� ����� ������ ��� ��� ���� ��������� ��������� �� ��� �������� �� �� ������� ������ ���� �� ���������� ������ �� � ��������� ��� ��$��� �� ������ �������� ���� ���� ������� ��� ��� ���� ������� �� ��$��� �����/���� ������ ���� ��� ����� ������ � ��� �� ��� � ����
� ���� ��� ���� � �� ���� �� ��� 5� �� � �������� �������� � ����������� �� ����� ������� ������ �� � ����������� �� ������ ���� ��� � ���������� �� ��� ���� ��� ����� %���L 2>3 �� ���� � ������� ���� �� ��� ���� ������ ���� � � �� ����� H�����M9 2I3 �������� � ���������� ��#���� �� ��� ���� �� � �������� ���������������� �� ������������ ������� ����� �� � ������ �����$��� ���������� �� ��� ���� � �� ��� &� ����� ������� ������� �� ����������� ��� � ���� ������� �� ����9����� ��������� ��� �� �� ���������� ����� �� ������ ������� �� ������� ��#���� ����� �� ��� ���� ��� ��� &� ��� ����������� ������� �� � ���������� ��� ��������� ���������� �� ��$��� ��� ������� ������ ��� � ��������� �� ������N� ����� ����� ��� ������ � ��������������� ������ ���� �� ��������� �� � �$��������� ������������� ��� ����9��� �� ������� ��� � ��������� ���� � ����� ���� �� � ��� ���� ����� ��� ������������ � �� �������� ��� �������� ������� ���������� �
�� O 7�75>� 7�7I ��� 7�"58 �@� ��� �������� ������ ������� � ��� ��� ����� �������"!�
#%� ���������
����� ���������� ������� ��� ! �� � ������� �� ���������� �� �� �������� �� �� � �� ���� ������� ���! ��� ���!� ��������� �� �������)
������ �"5�
� �
��������� � ���� �"!
���� � �� � ���� �� � ��� ������ ��� � �� � ��� ������ �� ���� ������ ���� � �������� � ��$��� �������
����� ���� ���������������� �������� �� ������ �� +�-�+������ ����� -���������!� /������ ���������� ��� ���� �� � ������ ���������� ���� ������� ������� �� ����� ��� ������ �� �� 2J� E3� -��� ����� �� �������� �� ������ �� � �������� �� � �#��� �������� ����� �� ��������� �� &� ��� �� �������� �� ������� ���������2"� "73� %���L �� ��� �� � ������� � ������� ������������� ��������� ���� � ���� ���� �� � ��� � ������������ �� � �������� ����� �� ���� �������� 2>3�&���� � �� �������� � ������� � ��$��� ���� ���������������� ��� � ��� ��#�� ��� ������������ �� �������������� �� ������� � ��� �� ���� ��� � ��� ������ ��������������� � ���� �#���
"""7 A 5778 B�.?C�-�0 -����� (��0 D ��� 4(�&� B������ )@@�������*��������� ����� ��� �������� �!!"� ��� =�� "7
Computer
Mass flow controler
Filter
Air
Compressor
Pressure
Transducer
A/ D
Converter
Gas
Distributor
Bubble
Column
RegulatorA
D
Pressure Gauge
1
2
����� �% /������ ������� �� �# �������� ��� �
0 2 4 6 8 10 12 140.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
UG
/(cm/s)
ε G/(
-)
plate A
plate B
Homogeneous Transition Heterogeneous
����� �% ?������� �� ��� ���� �� � �� �������� ��� ��������;
"! .�� �� ������� � � ��� �� � � ���
��������������
��� 6 ���� � �� ������ � ������� �� ��� ��� &��� ��� �� � � ���� � �� ������ ����� �� � $����� ������� ������� �� � ��������� ������� � �� ������� ����������� �� � ��� ���$����� �� ��������� ��� �� ����� �� ������� � ���� ���$����� �� �� ������������ �������� �� � ����������� ������� �� � ��������������� ��� & ��� ��� � �#��� �������� ������������� �� ��� &� ���� ��� 6�!� � �� ����� ��������� � ��� ���������� ������� ��� �� ���� � ������� ���� ����� ��������� ������ ��� 0������� � ������� �� � ���� �� ������ ������ � ���������� ������ ��� ��������� ������ ��� �� �������� ��� ��� �� ���� ��� 6�!���� ����� �������� � �������� ����������� ������� �������� ������� �� � �������� ������ ��� ��� & ��� ��� �� ���� ����������� ��� �� ������� �� ���� � �����
���� �� �" ��� ��� �� ������� ���� � �� ������ �� ������ ��� :� �� � ������ ������� � �� ������ � ��� ��� ������ ������ �� ������� ����������� �� �� ������� ��������� �� ��� ���� � �� �#���� � ��9 � � O 7������� ������ � ������ ������� � ����� �� ������ � ���������� �������� � � ���� ��������� ��9 � �" P 7�� ������ �� � ��������� ��$��� �������� ����� ����� ����� -��� ���� �������� � � ���� ��������� ��9� � Q 7 �� � �����$����� �� ��������� ��$��� ������� ����� ���� 2"73� ����� �� � �������� �� � ��� ���� �"� ���$��� ���� ������� ���� � ���� ��� �� ������� ����)
� ��"
�5!
���� �� � ������� ������ �� ������� � �� ��� 8���� � ��$��� ������� ��������� ���� �� ������ ������� ?$� �5!� � ��� �� ���� � � ��$��� ������� ������������ �� � ��������� ������ ��� ��������� �� ���� ��� ���������� ������ ��� �� ����� 0������� �� ��������� ������� � ��������� ������������ ��� ��� &� ��������� ��� ��� ��� �� & ������ ���������� �� � ��������� ������ ��� �� ���� �� ��� 8� ��� ��� �� ���� ���� ��� ������� �� ������� � ��� �� �� � �������� ������������ ������� �������� �� ��� � ��� � ������ �������� ����������� �� ����9 � � �� ������ ����������� ���������� � ���������� ����� �� ������ ������� �� � ��$��������
#%# ���� ������
���� �������� �� ������ ��� ������ �� ������ ������������� �� ���� ��� �������� �� ����$�� �� ������������ �� ������� ������� ��� ��� �� �� -�� ��� ����9��� /����� � ������� ������������ �� ��������� ���������� ���� 2""3� .���� ����� � ��������� ����� ��������� ������� ������� ������� ���� ���������� ���� � ���������� �� ������ ������� 263� 4 ���� � ��� ������ ���� ����������� � ��������� �������� �� ���� ��� ������
����� ��� �������� �!!"� ��� =�� "7 )@@�������*��������� A 5778 B�.?C�-�0 -����� (��0 D ��� 4(�&� B������ """"
-30 -20 -10 0 10 20 30
-2
-1
0
1
2
UG=0.125 m/s
/sτ
UG=0.026 m/s
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4 UG=0.070 m/s
CC
FC
CF
(a)
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
CC
F
-30 -20 -10 0 10 20 30-0.2
0.0
0.2
0.4
τ
UG=0.125 m/s
UG=0.026 m/s
CC
FC
CF
CC
F
/s
-0.1
0.0
0.1
0.2U
G=0.070 m/s
(b)
-0.08
-0.04
0.00
0.04
0.08
����� #% �� ������ �� ������� ���������� ��� ��! ��� & ��� ��! ��� ��
��������������
�� � ������� �� ���������� ������� �� �� ����� 4 ���� � ������� � ��� ����� ��� � ����������� ��������� �� 9���� � � 4 ���� � �� � ����� ����� ��� � ����
�� ������ ���� � �� ���� ��� � ��� ����� ������� �������� ������� ��� � ������� ������ (���������� ��� +��������� �������� � ��������� ������� ��� ������5 1���� ����� �� �5�� 2"53)
� ��5�� �"���
��� ����"� �
�6!
���� �� �� � ��������� ��������� ��� �� !� �� � ����������� �������� �5�� �� ����������� ����� � � ����� ��?$� �6! �� ���� �� �� ����� ��� > ���� � �������� �� � 4 ���� � �� � �� ���
������ ��� ������� ��� �� ����� &� �������� ������4 ������ ������������ ��� � ������ �� �$�� �� �� ��� �� ���� 4 ��������� ���� ������ �� ������ ��� ��� &� ��� ����� �������� � ���� ��� ��# ���� ���������������� ������� �� ����� ������� �������� ���� ��� �� � ��� �� �# ������ �� � ��� ������ ������� ��������� �� ������ �������� �� � ���������� ������ �� ��� �� � ���������� ������ �� � ����� ��� ��� $���9�
�� ��� � � ������ ����� �� ����� ������� �� ��� �������� ��� &� ��������� � ����� �� 4 ���� � �� ������ ��� ��� �� �� � �������� ������� ����� ������� ������ ���� ��� � ��� � ������ ��������� �� ������������ ��� ������ � �������� �� � ����� �� �������� ���� � ��� �� ������ � �����N� ���������� ��� 4 ���� � ��������� ������������� �� � ����������� ������� � ����� �� ��� �� 4���� � ������� ������������� %������� ����� �� 4 ���� ���� � �� ���� �� � �������� ������ ������� ��� ��������� ������ ��� ������ ����� �������� ��� � �������� �� �������� �������
( ���������
��� � �� ���������� � ��������� �� ����� �� �������� �� � ������������ �� ���� ������� �� ������ ��������� (�� ���� ��� ���� �������� �� �� �������� �� ������������ �� ��� ���� �������� �� ������� ������������� ���� �� �����$��� �# ��������� ��� ������ ��������$�� �� �� �������� ���������� ���� ��� ���� � ��������� � ������������ �� � ������ ��� ������ ���������� � ��� ����� � �� �������� �� ������� ���������������� � ���������� �� ������ ������� �� ��� �������1����������� ������� �� ��$��� ���� ���� � ���� ����� ��������� ���� � ����������� ��� �� � �� ������ ��� �������� ������� � ��������� ������� ������ ������������� ��� ��� & ��� ��� �� ��� ������� �������� ����������� �� � �������� �������& ������� �������� �� ��$��� ������� ��� �������� �� �
����������� ������ � ��� �� �������� �� � ���������� � ������ ������ ��� �� ����� %���������� ���� ��������� ��� ���� � ���� � �������� ���������� �������� �������� �������� 4 ���� � ������� �� � ��������������� �������� ����� �� ���� ���� �� � ������� �� ��������� ��� ��� �������� �� � ������ �� �� ��������� ���� ���� � �� �������� �� ������� ���������� �� ��������� ��� ��� ���� ������ ����������� ��� �������� �����
"""5 A 5778 B�.?C�-�0 -����� (��0 D ��� 4(�&� B������ )@@�������*��������� ����� ��� �������� �!!"� ��� =�� "7
-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0-0.04
-0.02
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
τ1
/sτ
CC
F
����� (% ����������� ��� �"� ������� ���� �� ������
0 2 4 6 8 10 12 14 160
5
10
15
20
25
30
35
UL /
(cm
.s-1
)
UG /(cm.s
-1)
plate A
plate B
����� "% ��������� ��$��� ���������� ������� ���� � ���� ����� �� �� �������
0 2 4 6 8 10 12 140
5
10
15
20
25
30
K /
(bit
.s-1)
UG /(cm.s
-1)
plate A
plate B
����� )% 4��������� ���� � �� ������� �����������
��������������
���� � �� �������� � ��� ������ ��� ��� � ����������� ��������� ��������
��*���� �� � �
�������� �� �� ���� =������ =����� /������ ��������� �� ���� �=�� "7"I575>! �� ��������� ��9����������
1�������) K�� >� 5778 2�?� 7"883
+����� � �
�� ! 2;3 ���������� ��������������� 2;3 ���������� ��������!��! 2;3 ������ �������� �� �" 20�3 ���$������ 2��� �;"3 4��������� ���� ��5�� 2��� �;"3 ������5 1���� ���� � 2�3 ������� ������ �������� 2;3 ��������� ��������� 2;3 ������ �� � �� � ���� 2�3 ���� 2�3 ���� �� � ��� �������� 2� �;"3 �� �������� ��� ��������� 2;3 ������� ��� ���� � 2�3 ��� ����" 2�3 ����������� ��� �� ��
� � � ��
2"3 �� -��� � ���� ����� ��� #��� �!!!� $$� 5E8I�253 1� 4�9��� � ���� ����� ��� #��� �,,-� $�� 6I:"�263 �� F� .��� 1� �� F����� C� �� ���� �� �� ���� ����� ��� #��� �!!�� $%�
"78I�2:3 0� K� .���� � ���� ����� ��� #��� �,,-� $�� :::I�283 0� 0�9�� � ���� ����� ��� �� �,.!� �&� 8E�2>3 F� %���L � ���� ����� ��� ' ������ �,,�� �(� "7I�2I3 F� H�����M9 � ���� ����� ��� #��� �,,-� $�� 6J""�2J3 F� %���L� F� ����R9� ����� ��� ' ��� �,.,� �%� ":I�2E3 +� C� .��� �� F� 0������ )��� �� *����+���� !��, �,.-� -.� "6�2"73 �� -���� /� +������ (� B���� =� K����#� ����� ��� ' ������ �!!�� /&�
"68�2""3 �� K� -�� ��� ����9� F� �� /������ ����� ��� �� �,,#� $.� I8�2"53 +� (����������� �� +��������� '���� 0�1� 2� �,.#� ��� 58E"�
SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS
+��� �� ����� ���� +� �� '������$������ � ����/0�����
�� 3���� �� ��� 4������ 3�
.�$��� �� ������ �� ������� ���������� ����� ���������� ��� � ����� ��� ���� � ��������� �������������� & � ������������� � �� ����� � ��� �#����� ����� ���� ����) ��$��� ����������� �� �� ������������ ��������� �� �������� �� � ��� ���� ��� ������� �� ���� � �������� �� � ������� ����� �� � ��������������� �� �# ������ ��� ������� �� �� � 677 ��577 �� �������� �� �������� ������ '���� � ����� ������������� � ��� ���� ��� ������������ ���������� �� ��������� ����� �� ������������ ������ �������� ������� � � ����� �� �������� ��� ���������������� �� �� ���������� ������� ��� �������� ������������ ��$��� ���� �������� ������ �#��� ��� �� �� ������������ �� ���� �� �������� �� 7�:;"�J �� � ���� �� �� ����������� K�������� ��� � ��������� �� ���� � ���������� �� ��� �� ���� � ���� �� �������� �� �������� ��� ������� �����������������
� ����������
�� ���� 67 ������ �� �� ���� ���� �� ������ ��������� ���������� 2"� 53 ��� ������������ ������ � ���������� �������� ��� ���������� ���������� %�� � �������� �� ��������� ��� ��� �������� �� �������� ������ ���������� �������� �� � ������������ � ��� ����� ����� �� ��$��� �� � ��������� ����� ��������� ��� ������ ��� ���� � ��������� ��������������.�$��� ������� ��� � ��������� ����� ������� �����
��� ����� �������� ���������� �� � ��������� ��$������� �� � �� �� ����� � ��������� ��� ���� � ������ ���� � ������������ 2"3� B� �� �����$��������� ������ ���� � � ������������� ��� �#�� �������� ���� ����) ���� ��$��� ������� ��������� ���� ��������� ��������� � �� T��$��� ����������U!V ���� �� ��������� � ����� ���� � �������� ��������� � �� T�� ����������U!V �� ���� �� ���� ��� ���� � ����������������� � �� T�� �����$��� ��������U!�+����� 263 �� ���� � �������� �� ����� ���� ��� ���
��� ��� ��9 ����� �#�� ��� ����� �� ��� ��� ��� ���������� &���� � ������� � � ��� ��$��� ������� ��������� ������ � ��������� 0������� ������� � ������������� ��� ��������� ����� �� ��� ������� �������� ��������� ��� �����������
����� ��� �������� �!!"� ��� =�� "7 %,�) "7�"775@����5778777J5 A 5778 B�.?C�-�0 -����� (��0 D ��� 4(�&� B������ """6
;
2�3 C� K� .� ����� � ��� ������ ������� ����� �� ��������������G�� ���������!� +���� W� K� C� ��#�G�� ���������!� �������� ������� ?���������� %����� ��� 1������� H�*���� '�������� ������������ 0������� H�*���� +������� 6"7765� +1 �����