低含液率气液两相钝体绕流实验与机理
发布时间：2021-01-04 03:11
气液两相钝体绕流现象广泛存在于生产实践和社会生活中,其中气相中含少量液体是常见的两相流现象.通过实验,研究了常压下50,mm口径水平圆管中低含液率气液两相钝体绕流的涡街现象,就含液率对涡街信号的频率与幅值的影响进行比较分析,应用消除趋势波动法（DFA）对涡街信号进行处理,得到液相体积含率0.1%,左右是本实验条件下能产生稳定涡街的分界点.对实验流型——环状流进行了动力学分析,得到气、液相惯性力之比和液相韦伯数随含液率的变化规律,并从液相的分布与运动及气相夹带液滴对漩涡能量影响两方面,分析了涡街失稳的机理.最后利用拟合的两相斯特劳哈尔数和含液率之间的线性关系,使涡街在湿气及低含液率下的测量误差从6.37%,减小到2.03%,,对实际工程测量有一定的指导意义.
【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016年05期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
涡街频率-气相表观速度关系
?耸彼淇杉觳獾轿薪中藕牛?但其频率与气相表观速度间已不存在明显线性关系，且与纯空气曲线相比有较大的向上平移量．图10涡街频率-气相表观速度关系Fig.10Relationshipbetweenvortexfrequencyandgassuperficialvelocity另一方面，涡街频率与来流速度可通过式(1)建立函数关系，其中Sr可定量表征涡街的特性．在单相流中，管道Re在2×104～7×106范围内，Sr可以视为常数．然而在多相流中，Sr为变量，其与发生体的形状和Re有关．两相斯特劳哈尔数SrTP计算式为TPsgfmdSrv=(3)图11给出了Sr与气相表观速度的关系．在含液率(β＝0.03%～0.05%)较小时，气液两相的SrTP与单相Sr相差较小，说明涡街稳定性较好．随着含液率增大，曲线的平稳度变差．当含液率增大到0.34%,～0.38%,时，两相SrTP已经很难再稳定在一个常数附近，利用涡街原理直接进行流体速度的测量也受到限制．两相SrTP较大范围的波动说明涡街流动状态的不稳定，验证了两相流中钝体绕流的随机性与复杂性.通过上述分析可知，含液率对涡街形成有重要影响．为了更深入研究含液率对涡街的作用，保持气相表图11斯特劳哈尔数-气相表观速度关系Fig.11RelationshipbetweenSrandgassuperficialvelocity观速度vsg＝30,m/s，得到涡街信号随含液率的变化如图12所示．随着含液率的增大，涡街频率不断增大，而幅值却快速减小．液相的加入使漩涡的复杂性和随机性增强，表现为频率的增大；同时液相的增多也加快了漩涡能量的耗散，表现为升力幅值的减小．此外，大量的实验数据表明含液率0.1%,是一个非常重要的分界点．图13给出了含液率为0.1%,前后信号图12涡街信号随含液率的变化(vsg＝30,m/s)Fig.12Relationshipbetweenvortexs
·496·天津大学学报(自然科学与工程技术版)第49卷第5期3涡街稳定性分析及工程应用3.1涡街稳定性分析为了更好地分析涡街失稳的原因，本文首先利用曼德汉(Mandhane)流型图[14]判定实验工况下气液两相流流型，如图15所示．在环状流型中，一般气芯中多少都会夹带一些液滴，将气流的夹带作用考虑在内，流型严格来说应该是环雾状流；管壁上有液膜流动，气流核心为气流和液滴的混合物，界面上的切应力来源于气流与液膜的速度差．图15曼德汉流型图Fig.15Mandhaneflowpattern为了定量比较不同含液率下的力学特征，引入准则数Lockhart-Martinelli参数(L-M参数，X)，来表征气液两相惯性力之比，同时以液相韦伯数(Wel)来反映管壁的附着力与表面张力共同作用引起的液相附壁特性，即2glsl2lgsg1xvXxvρρρρ=
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡街流量计在含气液体测量中的试验研究[J]. 贾云飞,张涛,孔德仁. 南京理工大学学报(自然科学版). 2010(01)
[2]涡街流量传感器压电探头位置试验研究[J]. 郑丹丹,张涛. 计量学报. 2008(05)
[3]气液两相流中旋涡诱发圆柱振动时的脉动升力研究[J]. 卢家才,谢正武,王妍芃,林宗虎,王弥康. 应用力学学报. 2000(01)
[4]垂直上升气液两相流中三角形柱体两相斯托拉赫数的研究[J]. 李永光,林宗虎. 水动力学研究与进展（A辑）. 1999(04)
博士论文
[1]基于涡街特性的流动分析与参数检测[D]. 孙志强.浙江大学 2007
硕士论文
[1]倾斜及垂直上升管中气液两相流分形标度表征研究[D]. 池恒.天津大学 2007
本文编号：2956032
【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016年05期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
涡街频率-气相表观速度关系
?耸彼淇杉觳獾轿薪中藕牛?但其频率与气相表观速度间已不存在明显线性关系，且与纯空气曲线相比有较大的向上平移量．图10涡街频率-气相表观速度关系Fig.10Relationshipbetweenvortexfrequencyandgassuperficialvelocity另一方面，涡街频率与来流速度可通过式(1)建立函数关系，其中Sr可定量表征涡街的特性．在单相流中，管道Re在2×104～7×106范围内，Sr可以视为常数．然而在多相流中，Sr为变量，其与发生体的形状和Re有关．两相斯特劳哈尔数SrTP计算式为TPsgfmdSrv=(3)图11给出了Sr与气相表观速度的关系．在含液率(β＝0.03%～0.05%)较小时，气液两相的SrTP与单相Sr相差较小，说明涡街稳定性较好．随着含液率增大，曲线的平稳度变差．当含液率增大到0.34%,～0.38%,时，两相SrTP已经很难再稳定在一个常数附近，利用涡街原理直接进行流体速度的测量也受到限制．两相SrTP较大范围的波动说明涡街流动状态的不稳定，验证了两相流中钝体绕流的随机性与复杂性.通过上述分析可知，含液率对涡街形成有重要影响．为了更深入研究含液率对涡街的作用，保持气相表图11斯特劳哈尔数-气相表观速度关系Fig.11RelationshipbetweenSrandgassuperficialvelocity观速度vsg＝30,m/s，得到涡街信号随含液率的变化如图12所示．随着含液率的增大，涡街频率不断增大，而幅值却快速减小．液相的加入使漩涡的复杂性和随机性增强，表现为频率的增大；同时液相的增多也加快了漩涡能量的耗散，表现为升力幅值的减小．此外，大量的实验数据表明含液率0.1%,是一个非常重要的分界点．图13给出了含液率为0.1%,前后信号图12涡街信号随含液率的变化(vsg＝30,m/s)Fig.12Relationshipbetweenvortexs
·496·天津大学学报(自然科学与工程技术版)第49卷第5期3涡街稳定性分析及工程应用3.1涡街稳定性分析为了更好地分析涡街失稳的原因，本文首先利用曼德汉(Mandhane)流型图[14]判定实验工况下气液两相流流型，如图15所示．在环状流型中，一般气芯中多少都会夹带一些液滴，将气流的夹带作用考虑在内，流型严格来说应该是环雾状流；管壁上有液膜流动，气流核心为气流和液滴的混合物，界面上的切应力来源于气流与液膜的速度差．图15曼德汉流型图Fig.15Mandhaneflowpattern为了定量比较不同含液率下的力学特征，引入准则数Lockhart-Martinelli参数(L-M参数，X)，来表征气液两相惯性力之比，同时以液相韦伯数(Wel)来反映管壁的附着力与表面张力共同作用引起的液相附壁特性，即2glsl2lgsg1xvXxvρρρρ=
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡街流量计在含气液体测量中的试验研究[J]. 贾云飞,张涛,孔德仁. 南京理工大学学报(自然科学版). 2010(01)
[2]涡街流量传感器压电探头位置试验研究[J]. 郑丹丹,张涛. 计量学报. 2008(05)
[3]气液两相流中旋涡诱发圆柱振动时的脉动升力研究[J]. 卢家才,谢正武,王妍芃,林宗虎,王弥康. 应用力学学报. 2000(01)
[4]垂直上升气液两相流中三角形柱体两相斯托拉赫数的研究[J]. 李永光,林宗虎. 水动力学研究与进展（A辑）. 1999(04)
博士论文
[1]基于涡街特性的流动分析与参数检测[D]. 孙志强.浙江大学 2007
硕士论文
[1]倾斜及垂直上升管中气液两相流分形标度表征研究[D]. 池恒.天津大学 2007
本文编号：2956032
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