Stirring tanks are very important equipments used for mixing, separating, chemical reaction, etc. A typical stirring tank is a cylindrical vessel with an agitator driving the fluid and generating turbulence to promote mixing. Flotation cells are widely used stirring tanks in phase separation where multiphase flow is involved. Flotation refers to the process in which air bubbles selectively pick up hydrophobic particles and separate them from hydrophilic solids. This technology is used throughout the mining industry as well as the chemical and petroleum industries. In this research, efforts were made to investigate the multi-phase flow hydrodynamic problems of some flotation cells at different geometrical scales. Pitot-static and five-hope probes were employed to lab- pilot- and commercial-scale tanks for velocity measurements. It was found that the tanks with different scales have similar flow patterns over a range of Reynolds numbers. Based on the velocity measurement results, flotation tanks' performance was evaluated by checking the active volume in the bulk. A fast-response five-hole probe was designed and fabricated to study the turbulence characteristics in flotation cells under single- and multi-phase flow conditions. The jet stream in the rotor-stator domain has much higher turbulence intensity compared with other locations. The turbulent dissipation rate (TDR) in the rotor-stator domain is around 20 times higher than that near tank's wall. The TDR could be used to calculate the bubble and particle slip velocities. An isokinetic sampling probe system was developed to obtain true samples inthe multi-phase flow and then measure the local void fraction. It was found that the air bubbles are carried out by the stream and dispersed to the whole bulk. However, some of the bubbles accumulate in the inactive regions, where higher void fractions were detected. The isokinetic sampling probe was then extended to be an isokinetic borescope system, which was used to detect the bubble-particle aggregates in the tank. Aggregates were found in the high-turbulence level zones. The isokinetic sampling probe and the isokinetic borescope provide new methods for flotation tank tests. An experiment was also set up to study the dynamics of bubble particle impact. Four different modes were found for the collision. The criterion is that if the fluid drainage time is less than the residence time, the attachment will occur, otherwise, the particle will bounce back. / Ph. D.

In this study, radial solid density distributions in upward flowing water-feldspar mixtures through a concentric annulus were investigated. Local solid density measurements were performed at a test cross-section in the fully developed flow region of a concentric annulus, which is a part of a closed-loop system consisting of a head tank, a variable speed slurry pump, an orificemeter, a heat exchanger, an annulus, a temperature probe, and a drain line. The solid particles with mean diameters of 72 and 138 &amp / #61549 / m at two different feed solid concentrations of 1 and 2 % v/v were used in the prepared slurries. The dependent variables being local solid density, local mixture velocity, and axial frictional pressure drop along the test-section, an experimental work was performed to obtain the radial solid density profiles and axial pressure gradients at different operating conditions. To determine the local solid densities, a sampling probe was used. At the beginning, this probe was used as a pitot tube to measure the local velocities in the test cross-section. Making use of these data, local solid densities were measured with the same probe under isokinetic and nonisokinetic conditions to compare both. For this purpose, an isokinetic sampling unit was designed and constructed to withdraw the samples under isokinetic flow conditions, at which the sampling velocity in the probe equated to the true flow velocity in the annulus very closely. The required constant back-pressure was supplied by pressurized N2 gas to equate these velocities to each other. The amounts of solids in the slurry samples collected at seven different radial locations in the test area under isokinetic and non-isokinetic conditions were determined by the gravimetric method. Local solid densities showed more uniform trends at the feed solid concentration of 1% v/v than those at 2% v/v. Increasing the feed solid concentration and particle size changed the shape of these profiles. The obtained local solid densities were generally higher near the outer wall than those near the inner wall / this result was consistent with the literature. As a general trend, local solid densities showed a decreasing trend at around a dimensionless radial distance of &amp / #61548 / =0.4, where the slurry velocity profile had its maximum value. It was observed that the two-phase axial frictional pressure gradients along the test section in the fully developed flow region increased with increasing feed solid concentration and the particle size at a constant slurry flow rate. Isokinetic sampling results showed that the local solid densities increased consistently with the increasing slurry velocity at all radial distances in the annular gap, while this trend was not observed clearly in the non-isokinetic measurements. Also the variations of the local solid densities along the radial distance were more obvious in the isokinetic results while these variations were obscured under nonisokinetic conditions by the experimental error at a higher level.

Am 14. Oktober 1999 wurde in Rossendorf die dritte Veranstaltung in einer Serie von Workshops über Meßtechnik für stationäre und transiente Mehrphasenströmungen durchgeführt. Dieses Jahr kann auf auf 11 interessante Vorträge zurückgeblickt werden. Besonders hervorzuheben sind die beiden Hauptvorträge, die von Herrn Professor Hetsroni aus Haifa und Herrn Dr. Sengpiel aus Karlsruhe gehalten wurden. Erneut lag ein wichtiger Schwerpunkt auf Meßverfahren, die räumliche Verteilungen von Phasenanteilen und Geschwindigkeiten sowie die Größe von Partikeln bzw. Blasen der dispersen Phase zugänglich machen. So wurde über einen dreidimensional arbeitenden Röntgentomographen, ein Verfahren zur Messung von Geschwindigkeitsprofilen mit Gittersensoren und eine Methode zur simultanen Messung von Blasengrößen sowie Feldern von Gas- und Flüssigkeitsgeschwindigkeit mit einer optischen Partikelverfolgungstechnik vorgetragen. Daneben wurden interessante Entwicklungen auf dem Gebiet der lokalen Sonden vorgestellt, wie z.B. eine Elektrodiffusionssonde. Neue meßtechnische Ansätze waren ebenfalls vertreten; hervorzuheben ist der Versuch, die Methode der optischen Tomographie für die Untersuchung von Zweiphasenströmungen nutzbar zu machen. Der Tagungsband enthält die folgenden Beiträge: S. John, R. Wilfer, N. Räbiger, Universität Bremen, Messung hydrodynamischer Parameter in Mehrphasenströmungen bei hohen Dispersphasengehalten mit Hilfe der Elektrodiffusionsmeßtechnik E. Krepper, A. Aszodi, Forschungszentrum Rossendorf, Temperatur- und Dampfgehaltsverteilungen bei Sieden in seitlich beheizten Tanks D. Hoppe, Forschungszentrum Rossendorf, Ein akustisches Resonanzverfahren zur Klassifizierung von Füllständen W. Sengpiel, V. Heinzel, M. Simon, Forschungszentrum Karlsruhe, Messungen der Eigenschaften von kontinuierlicher und disperser Phase in Luft-Wasser-Blasenströmungen R. Eschrich, VDI, Die Probestromentnahme zur Bestimmung der dispersen Phase einer Zweiphasenströmung U. Hampel, TU Dresden, Optische Tomographie O. Borchers, C. Busch, G. Eigenberger, Universität Stuttgart, Analyse der Hydrodynamik in Blasenströmungen mit einer Bildverarbeitungsmethode C. Zippe, Forschungszentrum Rossendorf, Beobachtung der Wechselwirkung von Blasen mit Gittersensoren mit einer Hochgeschwindigkeits-Videokamera H.-M. Prasser, Forschungszentrum Rossendorf, Geschwindigkeits- und Durchflußmessung mit Gittersensoren

Am 14. Oktober 1999 wurde in Rossendorf die dritte Veranstaltung in einer Serie von Workshops über Meßtechnik für stationäre und transiente Mehrphasenströmungen durchgeführt. Dieses Jahr kann auf auf 11 interessante Vorträge zurückgeblickt werden. Besonders hervorzuheben sind die beiden Hauptvorträge, die von Herrn Professor Hetsroni aus Haifa und Herrn Dr. Sengpiel aus Karlsruhe gehalten wurden. Erneut lag ein wichtiger Schwerpunkt auf Meßverfahren, die räumliche Verteilungen von Phasenanteilen und Geschwindigkeiten sowie die Größe von Partikeln bzw. Blasen der dispersen Phase zugänglich machen. So wurde über einen dreidimensional arbeitenden Röntgentomographen, ein Verfahren zur Messung von Geschwindigkeitsprofilen mit Gittersensoren und eine Methode zur simultanen Messung von Blasengrößen sowie Feldern von Gas- und Flüssigkeitsgeschwindigkeit mit einer optischen Partikelverfolgungstechnik vorgetragen. Daneben wurden interessante Entwicklungen auf dem Gebiet der lokalen Sonden vorgestellt, wie z.B. eine Elektrodiffusionssonde. Neue meßtechnische Ansätze waren ebenfalls vertreten; hervorzuheben ist der Versuch, die Methode der optischen Tomographie für die Untersuchung von Zweiphasenströmungen nutzbar zu machen. Der Tagungsband enthält die folgenden Beiträge: S. John, R. Wilfer, N. Räbiger, Universität Bremen, Messung hydrodynamischer Parameter in Mehrphasenströmungen bei hohen Dispersphasengehalten mit Hilfe der Elektrodiffusionsmeßtechnik E. Krepper, A. Aszodi, Forschungszentrum Rossendorf, Temperatur- und Dampfgehaltsverteilungen bei Sieden in seitlich beheizten Tanks D. Hoppe, Forschungszentrum Rossendorf, Ein akustisches Resonanzverfahren zur Klassifizierung von Füllständen W. Sengpiel, V. Heinzel, M. Simon, Forschungszentrum Karlsruhe, Messungen der Eigenschaften von kontinuierlicher und disperser Phase in Luft-Wasser-Blasenströmungen R. Eschrich, VDI, Die Probestromentnahme zur Bestimmung der dispersen Phase einer Zweiphasenströmung U. Hampel, TU Dresden, Optische Tomographie O. Borchers, C. Busch, G. Eigenberger, Universität Stuttgart, Analyse der Hydrodynamik in Blasenströmungen mit einer Bildverarbeitungsmethode C. Zippe, Forschungszentrum Rossendorf, Beobachtung der Wechselwirkung von Blasen mit Gittersensoren mit einer Hochgeschwindigkeits-Videokamera H.-M. Prasser, Forschungszentrum Rossendorf, Geschwindigkeits- und Durchflußmessung mit Gittersensoren