Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...

TRANSIENTES VERHALTEN EINER ZWEIPHASIGEN
SCHWALLSTRÖMUNG IN HORIZONTALEN ROHREN -
MESSEN VON INSTATIONÄREN PHASENVERTEILUNGEN
DipMng. K. Grotjahn, Prof. Dr.- Ing D. Mewes
lnstituf für Verfahrenstechnik, UniversRilt Hannover
Die transiente Strömung von Gasen und Flüssigkeiten wird beim Umschlag
zwischen den Strömungsformen mit sich stationär oder instationär bewegenden
Pfropfen und Schwällen untersucht. Schwall- und Pfropfenströmung sind in energieund
verfahrenstechnischen Prozessen die am häufigsten zu beobachtenden
Strömungsforrnen von Gas-Fiüssigkeitsgemischen in horizontal oder geneigt
verlegten Rohrleitungen. Sie werden durch alternierend in der Rohrleitung
strömende Gaskolben und Flüssigkeitspfropfen gekennzeichnet. Der Beginn des
transienten Übergangs zwischen den zwei Strömungsformen ist durch den Begin
des Gasentrainments der Flüssigkeitspfropfen festgelegt. Der hohe
Reibungsdruckverlust der Pfropfenströmung sinkt im Bereich der Transiente mit
steigendem Gasvolumenstrom. Für ein konstant anliegendes D~ckgefälle ist die
Transiente mit einer starken Erhöhung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit und
somit der auf die Rohrwände und -armaturen ausgeübten Impulskräfte verbunden.
Diese sind wiederum in starkem Maß von den relativen Phasenanteilen im
Querschnitt des Rohres abhängig. Neben dem Messen der den Schwall
kennzeichnenden charakteristischen Geschwindigkeiten der Phasen ist zur
vollständigen Beschreibung und Berechnung der physikalischen Vorgange und
Strömungsfelder im Bereich der Transiente das Messen der räumlichen und
zeitlichen Verteilung der Phasenanteile mit hoher Auflösung notwendig. Mit häufig
verwendeten Meßverfahren, wie z.B. der Ringelektrode oder dem y-Strahl-
Densitometer ist die Phasenverteilung in einem Meßquerschnitt jedoch nur integral
ZU messen.
Im vorliegenden Beitrag werden Meßmethoden erläutert, die zur Messung der
zweiphasigen Schwallströmung aus Luft und Wasser eingesetzt werden. Ergebnisse
werden dargestellt. Für die experimentellen Untersuchungen wird eine 68m lange
horizontale Meßstrecke (Innendurchmesser von 59 mm] eingesetzt. Zur Messung
der Phasenverieiiung dient ein tomografisches MeRverfahren auf der Basis der
elektrischen Leitfähigkeiten der Phasen. Der Sensor besteht aus parallelen Drahten.
Diese sind in drei Ebenen mit 2mm Abstand aufgebaut. Die Ebenen bestehen aus
jeweils 29 Drähten. Sie sind um 60" gegeneinander versetzt und senkrecht zum
Strömungsquerschnitt angeordnet.