基于反问题理论的汽液两相上升流流型预测与实验研究

发布时间：2022-01-27 01:57

　　汽液两相流流型的测量在两相流研究中占有重要地位。应用均相流模型建立了圆管内汽液两相上升流压力分布,基于反问题理论反演了汽液两相的物性参数,将反演结果与流型图结合,精确地预测了管内流型,计算结果与实验结果进行了对比,误差小于5%。提出的反演流型的方法,可以推广到水平管、螺旋管,为工程上的汽液两相流设备安全性分析、稳定性分析等提供了一种简单可靠的技术方法。 

【文章来源】：热科学与技术. 2019,18(02)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图２ｐ０＝１０ｋＰａ实验值与计算值

图３ｐ０＝１７ｋＰａ实验值与计算值Ｆｉｇ．３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐ０＝１７ｋＰａ３流型判断水在垂直上升受热管中流动时，会依次出现泡状流、弹状流、乳沫状流和环状流。泡状流流态下，汽相以小气泡的形式比较均匀地分布在管子截面上；弹状流流态下，气泡增多且往管子中心聚集，气泡集成气弹，与液体块交替流动；气弹破裂时使得管内流体出现类似“乳沫”状的流动；进一步加热，汽相含量进一步增大，液相以液膜的形式，贴壁流动，形成环状流。不同流型汽相分布形态不同，实验中可以观察到明显的界限。对各种流型以及从一种流型转换到另一种流型的研究不够充分，本文采取反演结果与流型图结合的方法，判断汽液两相流的流型分布。Ｈｅ－ｗｉｔｔ和Ｒｏｂｅｒｔｓ提出的垂直上升管中汽液两相流流型图以汽、液两相的动量通量为判断标准，能够较精准地判断出泡状流、泡沫状流和环状流，但泡状流和弹状流区分误差较大［１０］；Ｔａｉｔｅｌ等提出以汽液两相的折算速度为判断标准，来判断泡状流和弹状流［１１］。定义液相动量通量ψｌ＝ρ′ｊ２ｌ＝Ｇ（１－χ）２ρ′（２５）定义汽相动量通量ψｇ＝ρ″ｊ２ｇ＝Ｇχ２ρ″（２６）Ｔａｉｔｅｌ流型图更精确的区分泡状流和弹状流，横纵坐标的表达式为Ｍ＝ｊｌｊｇ（２７）Ｎ＝ｊｇρ槡′（ｇ（ρ′－ρ″）σ）１４（２８）流型转换曲线表达式为Ｍ＝２．３４－１Ｎ

弹状流［１１］。定义液相动量通量ψｌ＝ρ′ｊ２ｌ＝Ｇ（１－χ）２ρ′（２５）定义汽相动量通量ψｇ＝ρ″ｊ２ｇ＝Ｇχ２ρ″（２６）Ｔａｉｔｅｌ流型图更精确的区分泡状流和弹状流，横纵坐标的表达式为Ｍ＝ｊｌｊｇ（２７）Ｎ＝ｊｇρ槡′（ｇ（ρ′－ρ″）σ）１４（２８）流型转换曲线表达式为Ｍ＝２．３４－１Ｎ（２９）先用Ｈｅｗｉｔｔ流型图判断，参数坐落点如图４所示。图４Ｈｅｗｉｔｔ流型图坐落点Ｆｉｇ．４ＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｐｏｉｎｔｓｉｎＨｅｗｉｔｔｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｍａｐ对于坐落于弹状流和泡状流区域的点，使用Ｔａｉｔｅｌ流型图判断，如图５所示。图５Ｔａｉｔｅｌ流型图坐落点Ｆｉｇ．５ＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｐｏｉｎｔｓｉｎＴａｉｔｅｌｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｍａｐ可知，表征流型的参数中对压力变化敏感的物性参数为汽相密度ρ″。本文的反演结果代入表征流型的表达式中，根据在流型图中的坐落点，确定两相流流型。４实验研究４．１实验装置与方法为了证明本文方法的可行性，进行验证实验，实验装置如图６所示，实验装置中部件的名称及作用如表１所示。实验方法为１）关闭调节阀，水箱中加入足够的水；２）打开调节阀和水泵，等待流体流动稳定；３３１第２期庞海林等：基于反问题理论的汽液两相上升流流型预测与实验研究


本文编号：3611535