起伏振动状态下倾斜管内气液两相流动特性

发布时间：2020-03-28 05:22

【摘要】：近年来核动力船舶、漂浮式核能海水淡化设备等迅速发展,这些设备在海洋中受自然条件的影响会发生倾斜,摇摆,起伏振动等情况,这些外加状态都会影响核动力装置中两相流的流动特性。如摇摆运动造成的惯性力影响便致使气水两相流型以及摩擦阻力有一定程度的变化。振动会改变核反应堆中燃料棒壁面气泡脱离频率,促进气泡聚合导致有效气液传热面积减小从而改变堆芯内的流动及传热特性。除此之外,地震造成的振动对核反应堆的安全威胁也很大。而在火电厂的实际运行中也普遍存在管道的振动现象,这种振动会增加管道受到的疲劳载荷,发生泄漏,设备损坏等事故,因此汽水管道的振动问题研究至关重要。国内外学者们对稳定状态下管内两相流的流动特性已经进行了大量的实验和理论研究,而对振动状态下的气液两相流研究比较少,所以现有的稳定状态下发展起来的两相流的理论就有了一定的局限性。本文将两相流实验回路与振动装置相结合,进行起伏振动状态下气液两相流的实验研究,采集了振动状态下的流型图像样本、压差波动信号。首先,根据可视化观察及高速摄影仪将振动状态下倾斜管内两相流的流型进行分类及重新定义,研究发现起伏振动状态下倾斜管内的流型与稳态条件下相比有一定的变化,主要流型有珠状流、泡状流、起伏弹状流、准弹状流和环状流,其中珠状流、起伏弹状流为此次实验条件下发现的新流型。其次改变管道倾角以及振动频率和振幅等振动条件,分析其对流型转变的影响。绘制流型转换边界图结果表明,倾角的增加使起伏弹状流在流型图中的区域扩张,其他流型的区域相对减小。振动频率和振幅对流型转换边界的影响相似,振频和振幅增加会使珠状流和准弹状流区域有所增加。同时本文以流型转变时候介质折算速度的平均变化率作为衡量三种变化因素对实验结果影响程度大小的指标,计算结果表明三种变化因素中振动频率对流型转变的影响程度最大。最后基于压差法及多尺度熵理论对采集到的压差波动信号进行分析,通过MATLAB软件计算各工况下的压差信号的多尺度熵值,拟合出较小尺度下的多尺度熵率,对95种流动条件下的5种典型流型的差压波动信号的分析结果表明,几种典型流型在低尺度(前九个)下的熵值变化率有明显差异,高尺度下的熵值可以体现不同流型的动力学特性。
【图文】：

流程图,实验系统,流程图

东北电力大学工学硕士学位论文第 2 章实验系统及信号采集掌握起伏振动状态下倾斜管内气液两相流流型及相关动力学特性对研究运动状两相流的传热及规律有重要意义。本文在实验研究的基础上对起伏振动状态下气进行流动特性分析，所以需要一套合理准确的实验系统。本文在构建实验系统时了实验设备、实验设计及测量手段和精度等影响因素，确保实验数据的可靠性，的研究分析提供基础。本章主要介绍了实验系统的组成、实验参数的选择、实验测量装置和信号采集系统等问题。1 实验系统及流程实验系统流程图如图 2-1 所示，整个实验系统包括振动装置、空气水循环系统、三个部分。

装置图,振动实验

1-工业控制计算机 2-并行采集通道 3-异步协同控制软件 4-电容传感器5-数字式开关功率放大器 6-电磁振动装置图 2-2 起伏式振动实验台根据振动台的大小在其上固定一个平板，且整个板面平整，无凹陷，平板上面固究的实验段即透明有机玻璃管道（管径 35 mm），要求管道光滑整洁，无污渍，，进行可视化观察。测试段长度为 2000 mm，分别在距离实验管道入口和出口 400 m置取压孔，取压距离为 1200 mm，如图 2-3 所示。
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O359

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