The characteristics of bubble properties (bubble size, size distribution, rising velocity) and pressure fluctuations of single bubble and multi-bubbles in a bubble column and three phase fluidized beds have been studied in a 10 cm-ID plexiglas column.
For a single bubble study, the shape of bubble, rising velocity and pressure fluctuations have been determined with the variation of bubble volumes from 1 to $50 cm^3$. Pressure spectrums have been obtained from the pressure fluctuations of different bubble volumes. These data has been utilized for predicting pressure fluctuations in bubble column and three phase fluidized beds.
In bubble column study, the effects of liquid velocity (0-8 cm/s) and gas velocity (3-20 cm/s) on individual phase holdups and bubble properties have been determined. The pressure spectrums from pressure fluctuations have been estimated from the single bubble study. From the spectrum, the equivalent bubble diameter and energy dissipation rate have been determined along the bed height.
In three phase fluidized beds, the effects of liquid velocity (2-10 cm/s), gas velocity (3-20 cm/s) and particle size (1.7-8.0 mm) on individual phase holdups and bubble properties at different bed heights (10-50 cm) have been determined.
The obtained experimental results can be summarized as follows:
1) In a single bubble rising, the shape and its rising velocity have been measured by means of electroresistivity probe and pressure fluctuations have been measured by using a pressure transducer. The pressure around a bubble can be characterized by the distance ratio of bubble center to the characteristic bubble length and the dimensionless distance as shown:
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2) In the bubble column, the bubble properties (vertical bubble length, size distribution and its rising velocity) increased with gas velocity along the bed height and it decreased with liquid velocity. The estimated equivalent bubble diameter from the pressure spectrum are well accord with the data from the electroresistivity probe at lower bed heights. The obtained data of bubble length and its rising velocity can be described as:
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3) The energy dissipation rate which was calculated from the pressure spectrum increased with gas velocity and it decreased with liquid velocity and bed height in the bubble column. However, the energy dissipation rate exhibit a maximum value along the liquid flow rate. The energy dissipation rate has been correlated in terms of operating variables as follow:
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4) The bubble properties (bubble size, size distribution and rising velocity) obtained from the electro resistivity probe increased with gas velocity and bed height whereas it decreased with liquid velocity and particle size in three phase fluidized beds. The vertical length of bubble and its rising velocity have been correlated in terms of dimensionless parameters as follows:
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5) In three phase fluidized beds, the energy dissipation rate increased with gas velocity and particle size. However, it decreased with liquid velocity and bed height. The energy dissipation rate exhibit a maximum value with liquid velocity and particle size. However, it decreased with particle size from 6 to 8 mm. The energy dissipation rate has been correlated with the dimensionless parameters as follow:
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액상에서의 단일기포, 기포탑 및 삼상유동층에서 저항탐짐및 압력탐짐을 이용하여 기포의 수력학적 특성및 압력변동에 대하여 연구하였다.
실험은 직경 10 cm 인 plexi-glass 탑에서 수행하였으며, 단일기포의 실험시 기포의 체적을 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30 및 50cm 까지 변화시켜 기포의 모양, 상승속도및 압력변화를 관찰하였으며, 압력 변화 신호로 부터 압력 spectrum을 구하여 기포탑및 삼상유 동층에서 압력특성연구의 기초자료로 사용하였다.
기포탑의 실험에서는 액상유속 0에서 8 cm/sec, 기상유속 3-20 cm/sec 및 높이 3, 10, 20, 40 및 60 cm 까지 변화시키면서 기포체류량 및 기포의 특성을 관찰하였다. 또 압력변화에 따른 압력 spectrum을 구하고 여기에서 기포상당직경 및 energy 소멸속도를 계산하였다.
삼상유동층에서 입자는 크기 1, 7, 3, 6 및 8 mm 입자를 사용하였으며, 액상유속은 최소유동화 속도에서 10cm/sec 까지, 기상유속은 3 - 20 cm/sec 까지 변화시켜, 높이 10, 20, 40 및 50 cm에서 기포 탑에서 측정한 인자들을 구하였다.
본 연구의 실험결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 단일기포 상승시 저항탐짐으로부터 기포의 모양및 상승속도를구하였고 압력탐짐으로부터 측정한 압력은 기포와의 거리에 대해 기포의 특성길이의 무차원 거리로 다음과 같이 표시할 수 있었다.
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2) 기포탑에서 저항탐짐에 의하여 측정한 기포의 특성(기포의 수직길이, 크기분포및 상승속도)은 기체유속및 높이에 따라 증가하였으며, 액체유속에 따라 감소하였다. 압력탐짐에 의하여 예측한 기포의 상당직경은 기체유속에 따라 증가하였으나 높이에 따라 약간 감소하는 경향을 보였다. 압력탐짐을 이용한 기포의 상당직경예측은 탐짐의 높이의 낮은 영역에서는 저항탐짐에서 측정한 기포의 수직길이와 단일기포의 모양과 같은 관계식을 보였다. 이때 기포의 수직길이와 상승속도는 조업조건에 따라 무차원근으로 다음과 같이 표현되었다.
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3) 기포탑에서 압력 spectrum으로부터 구한 energy 소멸속도는 기체유속의 증가에 따라 증가하였으며, 액체유속및 탐짐의 높이가 증가함에 따라 감소하였다. 이때 액체유속에 따라 energy 소멸속도는 최대점을 보였다. 조업조건에 따른 energy 소멸속도는 다음과 같은 상관식을 얻었다.
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4) 삼상유동층에서 저항 탐짐법에 의하여 구한 기포의 특성 (기포의 크기, 분포및 상승속도)은 기체유속및 높이의 증가에 따라 증가하였으며, 액체유속및 입자크기의 증가에 따라 감소함을 보였다. 기포수직길이및 상승속도는 조업 조건에 따라 다음과 같은 무차원근으로 상관시킬 수 있었다.
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5) 삼상유동층에서 energy 소멸속도는 기체유속및 입자 크기가 증가함에 따라 증가하였으며, 탐짐의 높이및 액체 유속에 따라 감소하였다. 또 액체속도에 따라 energy 소멸속도는 최대점을 보이며, 입자크기 8 mm 에서 감소하는 현상을 보였다.
이 때 energy 소멸속도는 조업조건에 따라 다음과 같은 상관식을 얻었다.
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