圆管内气液两相流空泡分布特性

发布时间：2020-04-02 23:34

【摘要】：在气液两相流动中,两相界面不断变化,相应的流动阻力及传热传质特性也随之改变,在沸腾通道中,局部参数的改变甚至会带来传热恶化。空泡份额作为热工水力设计的重要参数,对计算管内两相流动中的传热传质、阻力特性、流型判定、相分布特性、相输运过程等起着重要作用。船舶以及太空飞行器等,在正常或事故运行条件时,可能会处于倾斜、摇摆、振动等状态,一旦系统内存在两相流动时,必然对系统产生影响。因此,竖直、倾斜和摇摆等条件下管内空泡份额分布特性及其形成机制,始终是相关研究领域的关注焦点之一。本文采用光纤探针测量方法,在竖直、倾斜和摇摆条件下,对直径为50 mm和100 mm圆管内空气-水两相流动中空泡份额径向分布特性进行了研究,实验的温度和压力为常温常压。局部空泡份额径向分布随着气液流量和倾斜角度的不同,呈现出“核峰”或“壁峰”型分布;随着倾斜角度的增加,空泡份额径向分布逐渐由“核峰”、“壁峰”分布向单一“壁峰”分布转变;随着摇摆幅度的增加,较低气流下局部空泡份额径向分布逐渐由“核峰”型分布向“壁峰”型分布转变;相比于竖直条件,摇摆幅度为5°、10°时截面平均空泡份额相应减少了 10.7 %和24.1 %。通过对50 mm圆管内单一气泡径向受力进行分析,建立气泡受力平衡方程,得到了适用于倾斜条件下壁面力系数计算式。借助修正后的壁面力并结合气泡径向受到的升力、浮力重新建立气泡径向受力平衡方程,得到不同尺寸气泡的径向位置。在倾斜角度为15°、30°,径向位置0-21 mm范围内,与实验数据的平均误差为15.6%。通过分析气泡径向受到的升力、湍流扩散力、壁面力、浮力,初步得到竖直、倾斜、摇摆条件下局部空泡份额径向呈“核峰”或“壁峰”型分布的形成原因。在竖直条件下,升力、壁面力的共同作用使局部空泡份额径向分布呈“核峰”或“壁峰”型分布;倾斜条件下,浮力、升力、壁面力的共同作用,使气泡在“15mmr22mm ”处聚集,同时空泡份额呈“壁峰”型分布;在摇摆条件下,湍流扩散力、浮力、壁面力的共同作用使圆管内空泡份额径向分布随着摇摆幅度的增加逐渐由“核峰”型向“壁峰”型分布转变。
【图文】：

纯净水,空气压,离心泵,空气压缩机

２．１实验装置逡逑在竖直、倾斜、摇摆条件下，对内径为５０＿、１００邋ｍｍ圆管内气液两相界面参数分逡逑布特性进行研究，实验系统如图２．１。该系统主要由试验段、供水系统、供气系统、测量逡逑系统及液压摇摆台组成。逡逑空气逡逑个个个逦＋Ｚ：逡逑气水分离器逡逑逦逦回水管路逦邋一＾■邋＾力传感器计算机邋Ｉ逡逑｜逦旁通管路如…．逦＾邋ｆ邋．卛以逡逑Ｋ＝＝＝＝＝＝＝ｊＪ逦：逦ｉ邋＿邋ＮＩ邋数据采集逡逑、型过：倌号转＾＾气，质量流量计逡逑Ｉ邋ｍｎ逡逑图２．１实验装置简图逡逑实验工质为纯净水和空气，其中纯净水和空气压头分别由离心泵及空气压缩机提逡逑供。当进行倾斜、摇摆实验时，由液压摇摆台进行控制。逡逑２．２实验系统和设备逡逑２．２．１试验段逡逑试验段由内径为１００邋ｍｍ或５０邋ｍｍ的有机玻璃圆管及气液混合腔组成，如图２．２所示，逡逑图ａ为内径１００ｍｍ的有机玻璃圆管，图ｂ为内径为５０ｍｍ的有机玻璃圆管。如图ａ所示，实逡逑验段长３ｍ，在距离实验段入口处１．９ｍ及２．７ｍ处分别开有两个测压孔Ｐｌ、Ｐ２，用来测量逡逑实验段内两相流体的压力特性；距离实验段入口２．９ｍ处开有一个探针孔０，用来测量气逡逑液两相局部界面参数。如图ｂ所示

剖面图,实验段,剖面图

【参考文献】