起伏振动状态下水平管内气液两相流研究
发布时间：2022-01-07 07:09
通过将振动装置与两相流实验回路结合的方法,对起伏振动状态下水平管内气液两相流问题进行了实验研究。同时基于FLUENT平台,结合动网格模型及UDF编程手段,通过数值模拟的方法,进一步扩展了研究内容:重点考察了振动工况及流体性质对压降和流型转换的影响。研究结果表明:振动工况下气液两相流动形式不同于稳态工况,主要流型有珠状流、泡弹流、沸腾波状流、波状流以及环状流。振动影响管内压降,但当Re数大于5 600时,无论是振动频率还是振动幅度对压降均没有很大影响。与稳态工况类似,黏度几乎不影响流型转换界限,流体处于高黏度状态时,振动工况对于流型转化及压降的影响减弱。振动频率和振动幅度的增大均使得流型转换界限呈现向外扩张的趋势,且与振动幅度相比,振动频率的改变对流型转换影响更大。
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验系统流程图Fig．1Schematicdiagramofexperimentalapparatus
以及船舶航行时所引起的低频高幅式振动等因素，通过实验的方法研究了起伏振动状态下气液两相流型及流型转换界限。同时，利用FLUENT软件模拟了各种不同振动状态下管道内流体流动情况，对比了不同工况下流型转换界限的差异性，为后续动态条件下管内传热以及两相流动的数学模型奠定了基础，以期对振动状态下设备管道的安全运行起到一定的指导作用。1实验装置及原理本实验在两相流实验回路基础上与振动装置相连接，如图1所示。实验段直径为35mm的有机玻璃管，且水平固定于振动台上，振动装置如图2所示，实验段与振动装置同步做水平正弦运动。实验原理参考文献［17］。图1实验系统流程图Fig．1Schematicdiagramofexperimentalapparatus图2振动装置示意图Fig．2Vibrationexperimentalapparatus2数值计算2．1物理模型及网格划分本文依照实验数据使用PＲO．E进行几何造型，进口管径r0为27mm，壁厚w0为5mm，通道直径r1为35mm，管长L为2m。利用ICEM进行网格划分，对通道壁面附近网格进行边界层细化处理，然后将网格导入ANSYSFLUENT15．0进行三维计算。模拟工况之前，对网格进行无关性验证，研究发现网格数对壁面压力几乎没有影响，与Lim等［18］得出的结论一致。因此，通过比较不同网格划分时稳态工况下通道内弹状流的气泡长度，最终确定本文采用网格数为396000的非结构化四面体网格进行计算。几何模型及网格分布，如图3所示。图3几何模型及网格划分Fig．3Geometricmodelandmeshgeometry2．2控制方程及边界条件本文基于FLUENT平台，采用CLSVOF模型进行计算追踪流体界面变化情
???管径r0为27mm，壁厚w0为5mm，通道直径r1为35mm，管长L为2m。利用ICEM进行网格划分，对通道壁面附近网格进行边界层细化处理，然后将网格导入ANSYSFLUENT15．0进行三维计算。模拟工况之前，对网格进行无关性验证，研究发现网格数对壁面压力几乎没有影响，与Lim等［18］得出的结论一致。因此，通过比较不同网格划分时稳态工况下通道内弹状流的气泡长度，最终确定本文采用网格数为396000的非结构化四面体网格进行计算。几何模型及网格分布，如图3所示。图3几何模型及网格划分Fig．3Geometricmodelandmeshgeometry2．2控制方程及边界条件本文基于FLUENT平台，采用CLSVOF模型进行计算追踪流体界面变化情况，其控制方程及边界条件设置详见参考文献［19］。同时利用UDF编程手段，在动网格模型下实现起伏振动工况下的模拟。每次模拟过程中，为保证收敛，需适当调整时间步长和松弛因子。在动网格模型中，任一控制体V内，其边界是运动的，动量方程［20］为:?u?t+?［ρ(ux－vx)u］?x+?［ρ(uy－vy)u］?y=(f－a)+1ρ??x－p+2μ?ux?[()]x+??yμ?ux?y+?uy?()xi+1ρ??y－p+2μ?uy?[()]y+??xμ?ux?y+?uy?()xj(1)2振动与冲击2019年第38卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]微尺度方波射流冲击阵列的传热特性研究[J]. 吕远征,夏国栋,陈永昌. 振动与冲击. 2018(06)
[2]液体晃动对槽罐车摆振系统动力学响应的影响分析[J]. 李金辉,卢剑伟,姜俊昭,张磊. 振动与冲击. 2018(02)
[3]起伏振动状态下倾斜管气液两相流型实验研究[J]. 周云龙,李珊珊. 原子能科学技术. 2018(02)
[4]基于多点噪声分析的离心泵早期汽蚀故障诊断[J]. 周云龙,吕远征. 振动与冲击. 2017(07)
[5]振动工况下环管内气液两相流参数分布实验研究[J]. 肖秀,朱庆子,王冠轶,陈绍文,张亚军,贾海军,Mamoru Ishii. 原子能科学技术. 2017(01)
[6]水平管内气液两相流诱导振动的数值研究[J]. 马晓旭,田茂诚,张冠敏,冷学礼. 振动与冲击. 2016(16)
[7]气液两相流问题的高精度数值模拟[J]. 覃柏英,林贤坤,荣吉利,冯志伟. 振动与冲击. 2016(09)
[8]大流量下倾斜管气液两相流实验研究[J]. 周世忠,朱琳,张阳波,郑为. 当代化工. 2016(03)
[9]摇摆工况下窄矩形通道内两相沸腾摩擦压降特性[J]. 陈冲,高璞珍,余志庭,陈先兵. 化工学报. 2015(10)
[10]不同重力下90°弯管内气液两相流流型及流动特性研究[J]. 刘赵淼,刘佳,申峰. 力学学报. 2015(02)
本文编号：3574076
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验系统流程图Fig．1Schematicdiagramofexperimentalapparatus
以及船舶航行时所引起的低频高幅式振动等因素，通过实验的方法研究了起伏振动状态下气液两相流型及流型转换界限。同时，利用FLUENT软件模拟了各种不同振动状态下管道内流体流动情况，对比了不同工况下流型转换界限的差异性，为后续动态条件下管内传热以及两相流动的数学模型奠定了基础，以期对振动状态下设备管道的安全运行起到一定的指导作用。1实验装置及原理本实验在两相流实验回路基础上与振动装置相连接，如图1所示。实验段直径为35mm的有机玻璃管，且水平固定于振动台上，振动装置如图2所示，实验段与振动装置同步做水平正弦运动。实验原理参考文献［17］。图1实验系统流程图Fig．1Schematicdiagramofexperimentalapparatus图2振动装置示意图Fig．2Vibrationexperimentalapparatus2数值计算2．1物理模型及网格划分本文依照实验数据使用PＲO．E进行几何造型，进口管径r0为27mm，壁厚w0为5mm，通道直径r1为35mm，管长L为2m。利用ICEM进行网格划分，对通道壁面附近网格进行边界层细化处理，然后将网格导入ANSYSFLUENT15．0进行三维计算。模拟工况之前，对网格进行无关性验证，研究发现网格数对壁面压力几乎没有影响，与Lim等［18］得出的结论一致。因此，通过比较不同网格划分时稳态工况下通道内弹状流的气泡长度，最终确定本文采用网格数为396000的非结构化四面体网格进行计算。几何模型及网格分布，如图3所示。图3几何模型及网格划分Fig．3Geometricmodelandmeshgeometry2．2控制方程及边界条件本文基于FLUENT平台，采用CLSVOF模型进行计算追踪流体界面变化情
???管径r0为27mm，壁厚w0为5mm，通道直径r1为35mm，管长L为2m。利用ICEM进行网格划分，对通道壁面附近网格进行边界层细化处理，然后将网格导入ANSYSFLUENT15．0进行三维计算。模拟工况之前，对网格进行无关性验证，研究发现网格数对壁面压力几乎没有影响，与Lim等［18］得出的结论一致。因此，通过比较不同网格划分时稳态工况下通道内弹状流的气泡长度，最终确定本文采用网格数为396000的非结构化四面体网格进行计算。几何模型及网格分布，如图3所示。图3几何模型及网格划分Fig．3Geometricmodelandmeshgeometry2．2控制方程及边界条件本文基于FLUENT平台，采用CLSVOF模型进行计算追踪流体界面变化情况，其控制方程及边界条件设置详见参考文献［19］。同时利用UDF编程手段，在动网格模型下实现起伏振动工况下的模拟。每次模拟过程中，为保证收敛，需适当调整时间步长和松弛因子。在动网格模型中，任一控制体V内，其边界是运动的，动量方程［20］为:?u?t+?［ρ(ux－vx)u］?x+?［ρ(uy－vy)u］?y=(f－a)+1ρ??x－p+2μ?ux?[()]x+??yμ?ux?y+?uy?()xi+1ρ??y－p+2μ?uy?[()]y+??xμ?ux?y+?uy?()xj(1)2振动与冲击2019年第38卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]微尺度方波射流冲击阵列的传热特性研究[J]. 吕远征,夏国栋,陈永昌. 振动与冲击. 2018(06)
[2]液体晃动对槽罐车摆振系统动力学响应的影响分析[J]. 李金辉,卢剑伟,姜俊昭,张磊. 振动与冲击. 2018(02)
[3]起伏振动状态下倾斜管气液两相流型实验研究[J]. 周云龙,李珊珊. 原子能科学技术. 2018(02)
[4]基于多点噪声分析的离心泵早期汽蚀故障诊断[J]. 周云龙,吕远征. 振动与冲击. 2017(07)
[5]振动工况下环管内气液两相流参数分布实验研究[J]. 肖秀,朱庆子,王冠轶,陈绍文,张亚军,贾海军,Mamoru Ishii. 原子能科学技术. 2017(01)
[6]水平管内气液两相流诱导振动的数值研究[J]. 马晓旭,田茂诚,张冠敏,冷学礼. 振动与冲击. 2016(16)
[7]气液两相流问题的高精度数值模拟[J]. 覃柏英,林贤坤,荣吉利,冯志伟. 振动与冲击. 2016(09)
[8]大流量下倾斜管气液两相流实验研究[J]. 周世忠,朱琳,张阳波,郑为. 当代化工. 2016(03)
[9]摇摆工况下窄矩形通道内两相沸腾摩擦压降特性[J]. 陈冲,高璞珍,余志庭,陈先兵. 化工学报. 2015(10)
[10]不同重力下90°弯管内气液两相流流型及流动特性研究[J]. 刘赵淼,刘佳,申峰. 力学学报. 2015(02)
本文编号：3574076
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