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WATER TWO-PHASE FLOW THROUGH A CONVERGENT-DIVERGENT NOZZLE WITH VARIABLE BACKPRESSURE: CHECK OF CALCULATION METHOD TO ESTIMATE MASS FLOWRATE AND CRITICAL FLOW CONDITIONS
No full textAbstract - A careful design of the pressure safety valves (PSV) is an essential requisite for safeguarding of industrial plants; if two-phase flow is possible, it is very important for their correct design to predict the onset of the critical flow. This phenomenon occurs when the fluid velocity becomes equal or higher than the sound velocity in the fluid. Some other interesting aspects for the PSV design are the calculation of the subcritical two-phase flowrate and the back-pressure effect on the valve discharge performance. This paper shows the results of an experimental research carried out with steam-water two-phase through a convergent-divergent nozzle. The effect of some test parameters, such as inlet pressure and quality, mass flowrate, back-pressure, on the flow behaviour are evaluated. The experimental data are also compared with the results of a calculation method based on the homogeneous equilibrium model. The results show quite a good reliability of the model, with some uncertainties related to the test procedures (the mass flow rate is imposed); indeed, this condition makes difficult the checking of the critical flow arising, in spite of the help of the experimental data on the test section pressure profile
Two-phase flow through pressure safety valves. Experimental investigation and model prediction
No full textDue to the lack of experimental data regarding two-phase flow through safety relief valves, a number of different calculation methods are presently available in the literature for their sizing. All these models mainly refer to the flow through an ideal nozzle, so that, in order to match the measured values, a discharge coefficient is to be introduced in the calculation, the coefficient thus depending on the model adopted. Furthermore, most of the available data are referred to a few operating conditions. As a result, none of the available models is presently considered sufficiently accurate to be used in a wide range of operating conditions. In the present paper, new data are produced on a steam/water flashing system through a real valve with different values of the main operating parameters (vapour quality, inlet pressure, mass flow rate, and backpressure). The measurements are compared with the predictions of a commonly used homogeneous equilibrium model (HEM), the so-called w method, and show that the model markedly underestimates the mass flow rate in the whole range of conditions investigated. This unexpectedly implies the introduction of a two-phase discharge coefficient much higher than the vapour coefficient. Finally, a new correlation for the discharge coefficient as a function of the main operating parameters is propose
Geometry influence on safety valves sizing in two-phase flow
No full textIn the case of two-phase vapour-liquid flow, especially for low vapour quality (< 10%), pressure safety valves (PSV) design becomes very difficult due to complex thermal-hydraulic phenomena occurring between the two phases. Currently, there are some calculation methods, based on different simplifying hypotheses, trying to predict the two-phase flow rate through a PSV knowing inlet fluid conditions (pressure, quality or temperature) and the outlet pressure. However, none of them is acknowledged as being reliable for any situation and, therefore, there is still a lacking of standards for PSV design under two-phase conditions. The PSV size is one of the most important parameters used for choosing between the two main prediction models, homogeneous equilibrium model (HEM) and homogeneous non-equilibrium model (HNE). This paper shows the results of an experimental research carried out with steam-water two-phase flow through two PSVs having the same orifice diameter (10 mm), but different discharge coefficients and inlet geometry. The experimental results are compared with the predictions obtained using a calculation method based on a homogeneous model with non-equilibrium hypotheses and another method proposed in API Recommended Practice 520, developed with equilibrium hypotheses. The results show that the PSV geometry and the discharge conditions are important factors for choosing the more suitable model for the sizing of a little PSV. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved
Studio teorico-sperimentale sulle perdite di carico concentrate e ripartite in efflusso bifase
No full textUn corretto dimensionamento di una valvola di sicurezza non può prescindere dalla conoscenza della pressione di scarico. Nel caso in cui sia presente una uscita convogliata, diventa necessario valutare le relative perdite di carico che vanno a sommarsi alla pressione finale di scarico nel determinare la contropressione. In condizioni di efflusso bifase il calcolo delle perdite di carico è molto complicato, le correlazioni disponibili più complesse e meno affidabili rispetto alle condizioni monofase e la propagazione dell’errore ha maggiori effetti sul calcolo della portata effluente. Inoltre, la portata scaricata in condizioni bifase è molto più sensibile alla variazione della contropressione che può anche incidere sul raggiungimento delle condizioni di criticità.
Come noto, le perdite di carico possono essere classificate in ripartite e concentrate: nelle condizioni di efflusso bifase, mentre per il primo tipo sono disponibili diverse correlazioni, in genere di discreta affidabilità, che fanno riferimento o meno al flow pattern, nel caso delle perdite concentrate la situazione è più complessa e le correlazioni disponibili meno sicure. In questo articolo saranno presentati i risultati ottenuti da una ricerca sperimentale, condotta in condizioni bifase acqua e vapore, per lo studio delle perdite di carico concentrate su due curve a 90° (i=10 mm) e su un tratto di tubazione di i=10mm. I dati sperimentali sono stati confrontati con le previsioni di diversi metodi proposti in letteratura, anche in funzione delle condizioni di prova; infine si è cercato di sviluppare un’altra correlazione partendo da una già disponibile impiegata per il dimensionamento delle valvole di sicurezz
Dimensionamento delle valvole di sicurezza in bifase: confronto tra tre diversi metodi
No full textIl corretto dimensionamento delle valvole di sicurezza è un’esigenza essenziale per la protezione negli impianti industriali: esso però risulta molto difficoltoso in presenza di un fluido in bifase o prossimo alla saturazione, a causa dei complessi fenomeni termofluidodinamici che avvengono tra le due fasi, poiché l’effetto combinato delle condizioni iniziali del fluido e della tipologia della valvola condiziona la fenomenologia dell’efflusso e l’eventuale raggiungimento dell’equilibrio termodinamico.
I metodi di calcolo attualmente disponibili, tutti espressi in funzione delle condizioni del fluido in ingresso (pressione, temperatura e/o titolo) e della pressione di uscita, sono basati su diverse ipotesi di partenza, che ne limitano l’utilizzo nel caso in cui queste non siano verificate: di conseguenza modelli validi in certe situazioni possono fornire risultati non corretti in altre. In questo articolo verranno valutate le previsioni di tre modelli omogenei sulla portata effluente attraverso una valvola commerciale con orifizio di diametro=10mm: il primo è un modello di equilibrio tratto dai lavori di Leung (già allo studio dell’ISO come riferimento normativo), il secondo, sviluppato da Henry-Fauske, assume come riferimento iniziale l’ipotesi di non equilibrio ed infine il terzo, denominato dagli autori HNE-DS, partendo da un’ipotetica situazione di equilibrio effettua delle correzioni per tener conto del ritardo nella nucleazione delle boll
Analisi sperimentale della convezione forzata di liquidi all'interno di microcanali rugosi
No full textIn questo lavoro viene descritta una campagna sperimentale mirata a determinare il valore assunto dal numero di Nusselt in microtubi rugosi con scabrezza relativa fino al 4% in regime laminare e di transizione. Sono stati analizzati tre microtubi in acciaio con diametri interni di 440, 280 e 146 m, riscaldati uniformemente per effetto Joule tramite un alimentatore stabilizzato in corrente continua. I risultati sperimentali evidenziano che nel regime laminare il numero di Nusselt si avvicina al valore costante per tubi uniformemente riscaldati al decrescere del numero di Reynolds. La conduzione assiale nel fluido e lo scambio termico coniugato nella parete possono essere trascurati nelle condizioni in cui sono state svolte le prove. All’aumentare del numero di Reynolds la regione di sviluppo termico aumenta la sua influenza, incrementando il valor medio del coefficiente di scambio termico che diventa funzione del numero di Reynolds e di Prandlt nonché del rapporto d/L (diametro interno/lunghezza scaldata). I risultati sperimentali ottenuti in questo lavoro dimostrano come in microtubi con scabrezza relativa inferiore al 4% gli effetti della rugosità sul numero di Nusselt sono trascurabili in regime laminare. Quando si raggiunge il numero di Reynolds critico, in corrispondenza del quale si verifica la transizione tra il regime laminare e quello turbolento, il numero di Nusselt subisce un brusco aumento all’aumentare del numero di Reynolds. Tale comportamento risulta particolarmente accentuato nei microtubi rispetto a quanto si registra nei tubi di dimensioni ordinarie dove l’innesco della convezione mista riduce la variazione a gradino di Nusselt al raggiungimento della transizione
EXPERIMENTAL HEAT TRANSFER COEFFICIENT IN FLOW BOILING REGIME USING FC-72 IN MICROCHANNELS
No full text° ENE
Comparison among Three Prediction Methods for Safety Valves Design in Two-Phase Flow in the case of a Small Valve
No full textIn the case of two- phase flow discharge, pressure safety valves (PSV) design becomes difficult due to complex thermal-fluid dynamic phenomena that occur between the two phases. Currently, there are two main types of prediction models, the Homogeneous Equilibrium Model (HEM) and the Homogeneous Non Equilibrium model (HNE), used for developing methods to calculate the theoretical mass flux G(t); this value has to be corrected by an experimental coefficient k(d), termed as two-phase "discharge coefficient", for obtaining the actual two phase mass flow-rate value W(r). Generally, for each method a different way of calculating k(d) is proposed, but various studies are looking for a general correlation that considers all the two-phase flow aspects. This paper will compare some experimental results obtained with a steam-water system and a small PSV (office diameter phi(or)=6 mm) with the predictions of three methods, an HEM, an HNE and a more recent method, called HNE-DS, proposed by the ISO working group on PSV sizing
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