Samenvatting

Voor de afstudeeropdracht bij Deltares is er onderzoek gedaan naar de stijgsnelheid van luchtbellen in hellende leidingen. Dit is gedaan om meer kennis te krijgen over slug stroming. Slug stroming is een meerfase-stromingspatroon waarbij vloeistof en gas samen door een transportleiding stromen, het gas verzamelt zich hierbij tot grote gasbellen die onderling van elkaar gescheiden zijn door 'vloeistofblokken' (slugs). In de olie/gas-industrie is slug stroming een stromingspatroon dat veelvuldig en meestal ongewenst/ongecontroleerd optreedt.

In dit onderzoek is er gekeken naar de stijgsnelheid van luchtbellen. Een van de belangrijkste onderzoeken naar de stijgsnelheid van bellen is het onderzoek van Zukoski (1966), die de invloed van oppervlaktespanning en helling heeft bepaald. Zukoski gebruikte als opstelling een geheel met vloeistof gevulde hellende leiding. Bij zijn experimenten is er aan het lage uiteinde van een hellende leiding een klep snel geopend, waardoor een luchtbel in de leiding indringt en de leiding leegloopt. De stijgsnelheid van deze luchtbellen is met een meetlint en stopwatch bepaald.
Het is te verwachten dat voor grote leidingdiameters de effecten van oppervlaktespanning verwaarloosbaar worden. Echter, de experimenten van Zukoski zijn veelal gedaan aan leidingen met kleine diameters. Ook heeft Zukoski relatief korte leidinglengtes gebruikt. Hiermee rijst dus de vraag of de stijgsnelheid van luchtbellen door Zukoski juist is bepaald.

Om deze vraag te beantwoorden is het experiment van Zukoski nagebootst, echter is er nu een langere leiding en een zo groot mogelijke diameter gebruikt. De snelheid van de luchtbel is bepaald met behulp van drukopnemers, geleidbaarheidsmeters en een video-opname.
Uit de resultaten is gebleken dat de metingen van Zukoski tot een hoek van 45° overeenkomen met de verrichte metingen. Bij grotere hoeken zijn er kleine verschillen in de meetpunten. Hieruit kan geconcludeerd worden dat de door Zukoski gebruikte buislengte lang genoeg was om tot 45° de snelheid te kunnen meten van een geheel ontwikkelde luchtbel. Bij grotere hoeken lijkt het erop dat dit minder goed is gegaan. Doordat de leidingen bij het transport van gas/olie meestal onder kleine hoeken liggen, is het verloop hiervan echter minder van belang.

Als uitbreiding op de afstudeeropdracht zijn er ook metingen verricht met korte bellen. Hierbij werd de leiding kort na het openen weer gesloten. Deze korte bellen kunnen worden vergeleken met een gasbel in een slug stroming. Uit de snelheid van deze korte bellen moet blijken of de metingen met de lange bellen een goed vergelijk zijn met de slug stroming.
Uit de resultaten van de metingen met de korte bellen blijkt dat de snelheid en de vorm van de luchtbel vanaf een lengte van ongeveer 0,30 m (3•D) gelijk is aan de snelheid en vorm van een lange bel. Kortere bellen hebben een kleinere snelheid. De resultaten uit de lange bellen zijn dus een goed vergelijk met de korte bellen vanaf een lengte van ongeveer 3 keer de buisdiameter.