基于数字减影法的T形管环状流液相流量分配测量及液膜参数分析

发布时间：2020-07-30 01:30

【摘要】：气液环状流是一种常见的流型,广泛存在于诸多领域的热交换设备中。环状流中液相流动与多种物理过程关系密切,实现对管内环状流液相流量的精确测量对两相流现象的研究很重要。实现对液膜厚度和速度的精确测量能够深入理解两相流动中液相流动特征的细节,因此需要加以关注。近年来,随着数字摄像技术的发展,数字剪影方法逐渐在液膜厚度测量领域应用。使用T形管作为基本元件对管内环状流实现流量测量,测量方法是对液体进行染色后,使用高速摄像机在可见光环境下对环状流进行拍摄,通过基于数字剪影法的处理方法对图片的实现对环状流液相流量的测量。以Beer-Lambert定律为基础,使用光场拟合算法、透视变换算法后计算得到每个像素上的液膜厚度,积分后求出截面含液率;利用互相关图像特征匹配算法选择适当的移动窗口大小,求出管内的液相速度;最后在评估主支管内速度和液膜厚度的稳定性后,得出液相质量流量,与实验测量数据比较后偏差小于5%。同时运用文中提出的测量方法对T形管内稳定工况和变工况下的数据进行分析。在稳定工况下分别分析液膜速度与厚度随时间的波动情况;在变工况下的分析管内各部分的气液流量、液膜厚度和流动速度的变化情况,重点在于分析进口工况变化时液膜参数的变化规律,最后总结得出变化趋势。研究结果表明,在实验范围内的工况下在T形管进口的气液流量稳定的工况下,管内三个部分的液膜厚度都随着时间呈现无规律的波动,其中主管下部液膜厚度随时间波动最剧烈,而主管上部液膜厚度波动最不明显,通过计算不同时刻下管内三个部分的液膜厚度平均值,可以发现各部分平均厚度值较为稳定。进口气体流量不变(即进口气体流量130m3/h)增加进水量的情况下,管内各部分的液膜厚度都呈现增加趋势,且主管下部液膜厚度最大,主管上部液膜厚度最小;主管下部和上部的液膜速度都呈现先增加后减小的趋势,支管内速度呈现先增加后恒定的趋势,支管内速度最大,主管上部最小。在增加入口进气量的工况下(即进口气体流量依次为110m3/h、110nm3/h、130m3/h),支管内液相流量随之增加,而主管上部的流量减少;在同一进水量下随着进气流量的增加,T形管内各部分的液膜厚度都呈现减小趋势,而液膜速度都呈现增加的趋势。本文对用于测量环状流的流量测量方法做了较基础的研究,并对实验结果进行了分析,为今后的深入研究提供了思路和方法。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124
【图文】：

位置图,实验系统,框图,环状流

第二章Ｔ形管环状流运行实验系统逡逑搭建Ｔ形管环状流运行实验系统以研究气液环状流在Ｔ形管内的流动情况，逡逑设置可视化区域以便运用图像处理方法测量液相流量。实验系统如图２－１邋（ａ）所示，逡逑实验台主要由两相流运行系统、数据采集系统及高速摄像系统组成，实验中通入逡逑较高速度的气体和较低速度的液体，并在水中加入褐色颜料，气液相混合后，经逡逑充分发展流入Ｔ型管内，在获取出口流量的同时用高速摄像机对准Ｔ型管拍摄。逡逑本实验主要实现管内环状流的液相流量测量，涉及到的各个参数主要有流量、逡逑液相速度、截面含液率、液膜所占截面积、液膜平均厚度等。流量即是流体在单逡逑位时间内流过一个截面的通量，根据体积与质量分别称为体积流量和质量流量。逡逑具体到气液两相流这类具体情况时Ｑ表示总质量流量，是由液相质量流量Ｑｉ逡逑和气相质量流量Ｑｇ相加得到的，Ｖ表示总体积流量，是由液相体积流量％和气逡逑相体积流量NB§相加得到。两相流的流速即可用用气液平均流速表示

结构图,磁力泵,结构图

逦ｍ逡逑图２－２微型磁力泵结构图逡逑本实验中使用的是ＭＰ系列微型驱动循环磁力泵（如图２－２）为系统供水，逡逑实验中在泵的出水口加装针型阀以便控制水流量，其流量范围是０？７００ｍｌ／ｍｉｎ。逡逑在叶轮上和连轴上分别加装的磁性材料后，利用互相之间吸引力保证此泵的正常逡逑运转，所以此结构下就不需要使用传统机械轴封，实现了内部完全密封。这种全逡逑密封设计符合工业设备的液体输送要求，而且完全消除了传统轴封泵内液体泄漏逡逑后腐蚀污染内部结构的缺点。该磁力泵内部使用了一种特别设计的陶瓷轴承，具逡逑有较强的抗腐蚀性和耐磨性，且大幅度减弱了栗在工作时的流量波动。逡逑＇逦－：}瑁危危澹甆B逦．逦：．．．逦，逡逑ｒ邋■－邋－＞ｒ逦＾２０－＇－Ｖ：＇ｆ－逡逑—逡逑｜邋ｆ逡逑■邋．逡逑图２－３霍尔流量计实物图逡逑本实验中使用的是ＤＮ１５的霍尔流量计（如图２－３）测量进口水流量

结构图,水流量,实物,磁力泵

！逦ｍ逡逑图２－２微型磁力泵结构图逡逑本实验中使用的是ＭＰ系列微型驱动循环磁力泵（如图２－２）为系统供水，逡逑实验中在泵的出水口加装针型阀以便控制水流量，其流量范围是０？７００ｍｌ／ｍｉｎ。逡逑在叶轮上和连轴上分别加装的磁性材料后，利用互相之间吸引力保证此泵的正常逡逑运转，所以此结构下就不需要使用传统机械轴封，实现了内部完全密封。这种全逡逑密封设计符合工业设备的液体输送要求，而且完全消除了传统轴封泵内液体泄漏逡逑后腐蚀污染内部结构的缺点。该磁力泵内部使用了一种特别设计的陶瓷轴承，具逡逑有较强的抗腐蚀性和耐磨性，且大幅度减弱了栗在工作时的流量波动。逡逑＇逦－：}瑁危危澹甆B逦．逦：．．．逦

【参考文献】