Cavitating venturies are one of the simplest devices to use on a flow line to control the flow rate without using complex valve and measuring systems. It has no moving parts and complex electronic systems. This simplicity increases the reliability of the venturi and makes it a superior element for the military and critical industrial applications. Although cavitating venturis have many advantages and many areas of use, due to the complexity of the physics behind venturi flows, the characteristics of the venturies are mostly investigated experimentally. In addition, due to their military applications, resources on venturi flows are quite limited in the literature. In this thesis, venturi flows are investigated numerically and experimentally. Two dimensional, two-dimensional axisymmetric and three dimensional cavitating venturi flows are computed using a commercial flow solver FLUENT. An experimental study is then performed to assess the numerical solutions. The effect of the inlet angle, outlet angle, ratio of throat length to inlet diameter and ratio of throat diameter to inlet diameter on the discharge coefficient, and the oscillation behavior of the cavitating bubble are investigated in details.

<p>Denna högskoleavhandling beskriver konstruktionen av ett system vars funktion är att PID-reglera ett linjärställdon kopplad till venturi. Syftet har varit att få fram en reglering på venturin så att förutsättningarna förblir desamma vid mätning av olika temperaturer och lufttryck i en testrigg. Denna testrigg används för att utveckla produkten Varivent som används för att uppfylla högre miljökrav på förbränningsmotorer.</p><p>I arbetet beskriver jag de olika krav som funnits för att bygga det nya systemet, dessa var ingångar, utgångar, mikroprocessor, reglering,</p><p>kommunikation samt övriga krav. Jag diskuterar de svårigheter och möjligheter som är förknippade med kraven och tar även upp de komponenter jag använt samt deras egenskaper. Det svåraste momentet har varit PID-regulatorn som både varit en viktig och en svårlöslig del i konstruktionen av systemet. Slutligen diskuterar jag resultatet där jag, i en analys, kan se att jag kunde underlättat för mig själv med andra angreppsvinklar men att det slutliga resultatet ändå blivit mycket tillfredsställande.</p> / <p>This bachelor thesis describes the design of a unit the function of which is to regulate, using PID controls, a linear mechanical adjusting screw coupled to a variable venturi flow system. The design criteria has been to create, in a test rig, a venturi control system that gives an output that is not affected by changes in either air temperature or pressure. The test rig is used for the development of Varivent, a product used to reduce the environmental impact of the internal combustion engine. In my thesis work I describe the various and necessary elements of the project. These can be termed inputs, outputs, microprocessors, regulators and communicators. I discuss the difficulties and possibilities associated with the design criteria and mention the components used and their different attributes. The most challenging part of the project has been the design of the PID regulator, which, whilst being the heart of the system, has also been the most difficult part of the system to design. Finally I discuss my results where, in an analysis, I see that I could have made things easier for myself had I approached the problems in other ways but that the final result was, despite this, very satisfactory.</p>

Denna högskoleavhandling beskriver konstruktionen av ett system vars funktion är att PID-reglera ett linjärställdon kopplad till venturi. Syftet har varit att få fram en reglering på venturin så att förutsättningarna förblir desamma vid mätning av olika temperaturer och lufttryck i en testrigg. Denna testrigg används för att utveckla produkten Varivent som används för att uppfylla högre miljökrav på förbränningsmotorer. I arbetet beskriver jag de olika krav som funnits för att bygga det nya systemet, dessa var ingångar, utgångar, mikroprocessor, reglering, kommunikation samt övriga krav. Jag diskuterar de svårigheter och möjligheter som är förknippade med kraven och tar även upp de komponenter jag använt samt deras egenskaper. Det svåraste momentet har varit PID-regulatorn som både varit en viktig och en svårlöslig del i konstruktionen av systemet. Slutligen diskuterar jag resultatet där jag, i en analys, kan se att jag kunde underlättat för mig själv med andra angreppsvinklar men att det slutliga resultatet ändå blivit mycket tillfredsställande. / This bachelor thesis describes the design of a unit the function of which is to regulate, using PID controls, a linear mechanical adjusting screw coupled to a variable venturi flow system. The design criteria has been to create, in a test rig, a venturi control system that gives an output that is not affected by changes in either air temperature or pressure. The test rig is used for the development of Varivent, a product used to reduce the environmental impact of the internal combustion engine. In my thesis work I describe the various and necessary elements of the project. These can be termed inputs, outputs, microprocessors, regulators and communicators. I discuss the difficulties and possibilities associated with the design criteria and mention the components used and their different attributes. The most challenging part of the project has been the design of the PID regulator, which, whilst being the heart of the system, has also been the most difficult part of the system to design. Finally I discuss my results where, in an analysis, I see that I could have made things easier for myself had I approached the problems in other ways but that the final result was, despite this, very satisfactory.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2241.pdf: 2175210 bytes, checksum: c200fbcf2fa5c50e9058c7cec77d02a7 (MD5) Previous issue date: 2009-02-20 / Universidade Federal de Sao Carlos / Venturi scrubbers are widely used in industrial plants in the cleaning of gases. In these scrubbers, the cleaning elements are the droplets formed at the injection of a liquid in the gas containing pollutants. The droplets act as collectors, incorporating the element to be removed. The liquid is usually injected through several orifices that promote a distribution of the droplets in the gas duct. The number of experimental studies in the formation of droplets in the Venturi scrubber is scarce, especially those concerned with the variation of the droplet size with the number of orifices of liquid injection. Therefore, the present work focused on the experimental investigation of the effects of the liquid injection in multiple jets in the formation and distribution of droplets in a Venturi scrubber. A laboratory scale scrubber, with a throat of 27 by 40 mm of cross-sectional, horizontally placed, was investigated. The data on droplet size was obtained with the Malvern Spraytec analyser, that makes possible in situ measurements by the passing a laser beam through the throat of the scrubber. The droplet size was analyzed varying the number of orifices of injection of the liquid from 1 to 4, the liquid flow rate between 300 and 1200 mL/min and the gas velocity in the throat of 59, 64, 69 and 74 m/s (L/G between 0.07 and 0.3 L/m3). The axial positions for measurements along the scrubber were varied between 120 and 240 mm. The effect of the formation of liquid film in scrubber walls was also analyzed. The experimental results showed that the increase of the liquid flow rate allowed a better distribution of the liquid inside the throat and also caused a stronger interaction among the jets. The number of injection orifices showed significant influence in the measured droplet size inside the throat, with the increase of the drop size with the increase of the number of orifices in operation. The interaction between jets and their droplets showed to have influence in the final size of the measured drop, since these sizes were larger in jets with larger interactions. The increases in the liquid jet and in the gas velocities favored the atomization process, causing decrease in the droplet sizes. The fraction of liquid film deposited in the walls of the scrubber varied significantly with the number of orifices in operation and consequently with the different penetrations of the jets. In general, jets with excessive penetrations generated a larger film fraction deposited in the walls of the scrubber and a smaller size of droplets. Through the analysis of dimensionless parameters, it was possible to quantify the influence of each operational condition in the size of the droplets generated inside of the studied Venturi scrubber. / Lavadores Venturi são largamente utilizados industrialmente na limpeza de gases. Nesses lavadores, os elementos limpadores são as gotas formadas a partir da injeção de um líquido no gás contendo contaminantes. Tais gotas possuem a função de incorporar o elemento a ser removido. A injeção de líquido se dá normalmente através de vários orifícios, que promovem uma distribuição das gotas no duto. São raros os estudos experimentais que estudam a formação de gotas no lavador Venturi, principalmente no que diz respeito à variação do tamanho da gota com o número de orifícios de injeção de líquido. Dessa forma, o presente trabalhou realizou a investigação experimental dos efeitos que a injeção de líquido em múltiplos jatos exerce sobre a formação e distribuição de gotas num lavador Venturi. Utilizou-se no estudo um Venturi retangular em escala de laboratório, com uma garganta de 27 por 40 mm de secção transversal, situado horizontalmente. Para a medição de tamanho de gotas foi utilizado o equipamento Malvern Spraytec, que possibilita a medida in situ através da passagem de um laser pela garganta do lavador. Analisou-se o tamanho da gota variando o número de orifícios de injeção do líquido de 1 a 4, a vazão do líquido entre 300 e 1200 mL/min. e as velocidades do gás na garganta de 59, 64, 69 e 74 m/s (razões L/G de 0,07 a 0,3 L/m3). As posições axiais de medidas ao longo do lavador foram variadas entre 120 e 240 mm. Também se analisou o efeito destas variáveis operacionais na formação de filme líquido nas paredes do lavador. Os resultados experimentais mostraram que o aumento da vazão de líquido fez com que o líquido ficasse melhor distribuído no interior da garganta e também ocasionou a maior interação entre os jatos. O número de orifícios de injeção do líquido mostrou influência significativa no tamanho da gota medida na garganta do equipamento, ocorrendo o aumento do tamanho da gota com o aumento do número de orifícios em funcionamento. A interação entre jatos mostrou exercer influência no tamanho final da gota medida, já que os tamanhos das gotas foram maiores em jatos com maiores interações. Os aumentos na velocidade do jato líquido e do gás favoreceram o processo de atomização, fazendo com que os tamanhos das gotas diminuíssem. A fração de filme líquido depositada nas paredes do lavador Venturi também variou significativamente com o número de orifícios em funcionamento e conseqüentemente com as diferentes penetrações dos jatos. Em geral, jatos com penetrações excessivas geraram uma maior fração de filme depositada nas paredes do lavador e um menor tamanho de gotas. Através da análise de parâmetros adimensionais foi possível quantificar a influência de cada condição operacional nos tamanhos das gotas geradas no interior do lavador Venturi em estudo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1887.pdf: 2018694 bytes, checksum: e69f497fdcda59d43b28054bd04b9c45 (MD5) Previous issue date: 2008-07-10 / Universidade Federal de Minas Gerais / The study of the liquid film in the walls of a Venturi scrubber was chosen as the target of this work for representing one of the important phenomena that influence the collection efficiency of the equipment. Such efficiency decreases with the presence of the film once it has a superficial area per volume much smaller than the drops and, consequently, contributes very little in the removal of particles. Furthermore, the pressure drop on the Venturi depends on the energy spent to accelerate the drops and also of the attrition between the gas and the surface of the film. These two important parameters depend on the liquid fraction in the form of film. For these reasons, it is important for the project of Venturi scrubbers the quantification of the film fraction. The present work, therefore, carried out an experimental investigation of the effects that the liquid injection through multiple jets exerted in the formation of the liquid film in a Venturi scrubber of rectangular cross section. The behavior of the fraction of liquid film in each wall separately and of the total fraction of liquid film extracted were analyzed, varying the liquid flow rate from 0,3 to 1,2 l/min for gas velocities of 59, 64, 69 and 74 m/s. Throat lengths of 100, 160 and 220 mm were utilized. The results showed that the film fraction varies with the gas velocity, with the configuration of the liquid injection, with the liquid flow rate and with the axial distances along the throat. The analysis of the film extraction in the individual walls follows an asymmetric behavior in all operational conditions, showing a larger film deposition in the inferior wall independently of the injection configuration, thus indicating the effect of the gravity in the film deposition. Hence, the total fraction of liquid extracted from the four walls of the scrubber made possible a more satisfactory interpretation of the results. Within the experimental range investigated, the injection through four orifices at the gas velocity of 74 m/s at the higher liquid flow rates presented the smaller deposition of liquid in the scrubber walls. It was also evident that the deposition is dependent on the penetration of the jet: low penetrations tend to deposit in the jet injection wall while high penetrations deposit in the opposite wall. There is, therefore, a point of minimum deposition for the intermediate penetration of the jet. The best operational conditions, i.e. the smallest film fraction deposited in the walls, was obtained for the largest gas velocity and for the liquid being injected simultaneously through the four walls. / O estudo do filme líquido nas paredes de um lavador Venturi foi selecionado como alvo deste trabalho por representar um dos importantes fenômenos que influenciam a sua eficiência de coleta. Tal eficiência diminui pela presença do filme uma vez que este tem uma área superficial por volume muito menor do que as gotas e, com isso, contribui muito pouco na remoção de partículas. Além disso, perda de carga no Venturi depende da energia gasta para acelerar as gotas e também do atrito entre o gás e a superfície do filme. Esses dois importantes parâmetros dependem da fração de líquido na forma de filme. Por estes motivos é importante para o projeto de lavadores Venturi a quantificação da fração de filme. O presente trabalho realizou, portanto, uma investigação experimental dos efeitos que a injeção de líquido em múltiplos jatos exerce sobre a formação do filme líquido num lavador Venturi de seção retangular. Analisou-se o comportamento da fração de filme líquido em cada parede separadamente e da fração de filme líquido total extraído do lavador, variando a vazão do líquido entre 0,3 e 1,2 l/min para velocidade do gás de 59, 64, 69 e 74 m/s. Comprimentos da garganta de 100, 160 e 220 mm foram utilizados. Os resultados mostraram que a fração de filme varia com a velocidade do gás, com a configuração da injeção de líquido e com as vazões de líquido. A análise da extração de filme nas paredes individualmente segue um comportamento desigual diante de cada condição operacional, mostrando uma maior deposição de filme na parede inferior independentemente da configuração de injeção do líquido, indicando o efeito da gravidade na deposição de filme. Desse modo, a fração de líquido total extraída nas quatro paredes do lavador possibilitou uma interpretação mais satisfatória dos resultados. Nas condições operacionais investigadas neste trabalho, a configuração de injeção de líquido feita pelos quatro orifícios e a velocidade do gás de 74 m/s para as maiores vazões do líquido foram as que apresentaram a menor deposição de filme líquido nas paredes do lavador. Ficou também evidente que a deposição é dependente da penetração do jato: baixas penetrações tendem a depositar na própria parede de injeção enquanto altas penetrações depositam na parede oposta. Existe, portanto um ponto de mínima deposição, de penetração intermediária do jato. A melhor condição de operação, isto é, a menor fração de filme depositada nas paredes, foi obtida para a maior velocidade do gás e para

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2060.pdf: 6105099 bytes, checksum: 6838add89edafe76e9e2b0560c676b37 (MD5) Previous issue date: 2008-08-22 / Universidade Federal de Sao Carlos / Pease-Anthony Venturi gas scrubbers are well known equipments used when collection efficiency demands are superior to 90%. It utilizes liquid, in the form of droplets, to collect the pollutants. Initially, the droplets are concentrated in areas near the trajectory of jets from injection of liquid. The droplets are dispersed throughout the equipment, by reason of turbulence. Some of the main phenomena that affect the collection efficiency of a Pease-Anthony Venturi scrubber, as the penetration and trajectory of the liquid jet (distance covered for the liquid jet until its atomization) and the angle of spreading formed inside the throat are presented. With the purpose of obtaining a better understanding of the variables mentioned above, photographic images of the process of atomization of a liquid jet into the throat of a Pease-Anthony Venturi scrubber were taken, with throat gas velocities between 59 and 74m/s, jet velocities between 3.18 and 19.10m/s and liquid injected into the throat through different orifices. / Os lavadores de gases do tipo Venturi são equipamentos muito conhecidos por suas aplicações, nas quais a eficiência de coleta de partículas exigida seja superior a 90%. Utiliza-se líquido, na forma de gotas, para coletar os poluentes. Concentram-se em regiões próximas as trajetórias dos jatos de injeção de líquido e dispersam-se pelo equipamento, em razão da turbulência. Alguns dos principais fenômenos que afetam a eficiência de coleta de um lavador Venturi como a penetração e trajetória do jato (distância percorrida pelo jato até o início de desprendimento de filamentos e formação de gotas) e o ângulo de espalhamento formado no interior da garganta são apresentados. Com a finalidade de conseguir-se uma melhor compreensão das variáveis mencionadas acima, obtiveram-se imagens fotográficas do processo de atomização de um jato líquido na garganta do lavador Venturi, com velocidades do gás na garganta entre 59 e 74m/s, velocidades do jato entre 3,18 e 19,10m/s e diferentes orifícios de injeção de líquido na garganta.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3213.pdf: 1420864 bytes, checksum: 0050ede333d606a5bcfa6c2c7662fb54 (MD5) Previous issue date: 2010-07-30 / Universidade Federal de Sao Carlos / Venturi scrubber is an equipment applied to particulate material removal, soluble gases absorption, and gas stream odors reduction. This device utilizes of a liquid wash that collides a high velocity gas inside the scrubber. Liquid is then atomized, producing drops, which collect the particles. During the process, part of the drops retain at scrubber walls as a film. The referred film increases pressure drop, affecting efficiency. Our study aim, by observing the film fraction, was to reduce the pressure loss, increasing the scrubber efficiency, and lowering operational costs. Two Pease-Anthony circular transverse-section scrubbers, vertically set, were used. In order to obtain more information on the film fraction influence to the scrubber performance, some features such as dimensionless axial distance to the injection point, convergence angle, number of injection points, and throat diameter, were varied. Gas velocities used were 50, 70, and 90 m/s, as for jet penetration, 5% to 85%. Film fraction has varied to liquid jet penetration, and has shown a interval of minimal film formation on scrubber walls, to each specific configuration. Largest quantities of film were collected on the lower and higher jet penetrations. Liquid fraction on the scrubber walls has also varied to the gas velocity, liquid injection orifices configuration, dimensionless axial distance from the injection point, and throat diameter The convergence section angle, however, has not influenced the film fraction variation in any of the studied conditions, in terms of the jet penetration. A different behavior among the angles, were only obtained with the gas velocity. Different orifice configurations, under excessive penetrations, have changed the jet trajectory. / O lavador Venturi é um equipamento aplicado na remoção de material particulado, absorção de gases solúveis e redução de odores de correntes gasosas. O presente equipamento utiliza um líquido de lavagem que colide com um gás em alta velocidade dentro do lavador, este líquido é atomizado e forma gotas, as quais atuam na coleta de partículas. No decorrer do processo, uma parte das gotas se deposita na parede do lavador, formando um filme. Esse filme aumenta a queda de pressão e, consequentemente, afeta o desempenho do aparelho. Este trabalho teve com objetivo estudar a fração de filme, visando reduzir a perda de carga e obter uma melhor eficiência do lavador Venturi, reduzindo os gastos operacionais. Nesta pesquisa foram utilizados dois lavadores do tipo Pease-Anthony, de seção transversal circular, posicionados na vertical. No propósito de adquirir mais informações sobre a influência da fração de filme no desempenho do lavador foram variadas algumas características como distância do ponto de injeção, ângulo de convergência, número de orifícios de injeção, diâmetro da garganta. As velocidades de gás utilizadas foram 50, 70 e 90 m/s e penetração do jato de 5% a 85%. A fração de filme variou com a penetração do jato líquido e mostrou um intervalo de mínima formação de filme nas paredes do lavador para todas as configurações. Maiores quantidades de filme foram coletadas nas menores e maiores penetrações do jato. A fração de líquido na parede também variou com a velocidade do gás, configuração de orifícios de injeção de líquido, distância do ponto de injeção e diâmetro da garganta, sendo nesta a fração de filme maior no lavador de menor diâmetro. Entretanto, o ângulo da seção convergente não influenciou na variação da fração de filme em nenhuma das condições estudadas em relação à penetração do jato, sendo obtido um comportamento diferente entre os ângulos apenas em relação à velocidade do gás. As diferentes configurações de orifícios, quando utilizada penetrações excessivas, mudaram a trajetória do jato.

Il existe trop d'exemples autour de nous qui prouvent qu'en hydrodynamique une surface polie ne présente pas systématiquement les avantages hydrodynamiques escomptés sur une surface rugueuse. Les rugosités influent activement sur le développement des couches limites turbulentes et interagissent différemment en fonction de leurs caractéristiques physiques. Plongé dans un écoulement hydraulique à nombre de Reynolds élevé, les aubes ou pales d'hélices déclenchent localement un phénomène physique, appelé cavitation, qui correspond à l'apparition de bulles de gaz et de vapeur dans un liquide soumis à une dépression. Dans le cadre de cette thèse, les expérimentations sont menées dans un tunnel de cavitation, de plus des mesures par LDV ont été réalisées de sorte à définir le profil du vecteur vitesse de l'écoulement dans le sens longitudinal. Une caméra CCD à très grande vitesse permet la prise d'image sur la formation des poches et nuages de cavitation. Dans le cas de l'hydrofoil 2D, les expérimentations menées sur les différentes plaques partiellement rainurées ont mis en évidence le caractère hydrodynamique différent sur chacune d'entre elles, car la taille de poches cavitantes diffère en fonction des caractéristiques des indentations. Les résultats ont montré que la profondeur des indentations est un paramètre déterminant, alors que les plus petites profondeurs des rainures (plus petites que la hauteur de la sous-couche visqueuse) n'ont pas d'effet sur la longueur des poches cavitantes. Certaines plaques provoquent des variations sur les instabilités de cavitation pour lesquelles la longueur des poches cavitantes est réduite. L'étude de la fréquence d'expulsion des poches cavitantes, par le moyen de la caméra rapide a permis de mettre en évidence deux régimes de cavitation différents. Cette étude a démontré la faisabilité d'un contrôle passif de la cavitation sur un profil de venturi en modifiant l'état de surface par des indentations organisées dans le sens de l'écoulement. / There are too many examples around us which prove that in hydrodynamics a polite surface does not present systematically the hydrodynamics advantages were expected on a rough surface. The roughness influence actively the development of the turbulent boundary layers and interact differently according to their physical characteristics. Plunged into a hydraulic flow to high number of Reynolds, blades of propellers activate locally a physical phenomenon, called cavitation, which corresponds to the appearance of bubbles of gas and vapor in a liquid submitted to a depression. Within the framework of this thesis, the experiments are led in a tunnel of cavitation, and measures by LDV were realized so as to define the profile of the speed vector of the flow in the longitudinal direction. A very high-speed camera CCD allows the taking of image on the formation of pockets and clouds of cavitation. In the case of the 2D hydrofoil, the experiments led on the various partially grooved patches highlighted the character hydrodynamics different on each of them, because the size of cavitants pockets differs according to the characteristics of the indentations. The results showed that the depth of the indentations is a determining parameter, while the smallest depths of grooves (smaller than the height of the viscous sublayer) have no effect on the length of cavitants pockets. Certain patches provoke variations on the instabilities of cavitation for which the length of cavitants pockets is reduced. The study of the frequency of detachment of cavitants pockets, by means of the fast camera allowed to highlight two regimes of different cavitation. This study demonstrated the feasibility of a passive control of the cavitation over a profile of venturi by modifying the state of surface by indentations organized in the direction of the flow.

Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým výzkumem kavitace vyvolané rotací. Pro potřeby tohoto výzkumu byla využita transparentní osově symetrická Venturiho dýza, díky čemuž bylo možné zkoumat dynamiku kavitujícího proudění pomocí analýzy vysokorychlostních nahrávek.

his thesis deals with the problems of cavitation flow in a Venturi tube. It is made for a multi-phase (water-vapour) flow calculation of two geometry tubes. Results of numerical calculations for the flow geometry (dimensions) are compared with performed experiment. Numerical flow calculation was performed in the Fluent 2.3.26.