水平管内气液两相流流型识别与含气率的实验研究
发布时间：2022-02-10 08:09
随着科学技术的发展,工业设备逐渐呈现小型化、微型化趋势,微化工技术成为一门新兴的交叉学科,相应的小管道内气液两相流动也越来越受到关注,相比于常规管道,小管道面积/体积比大大增加,传递作用比常规尺寸的管道提高2到3个数量级,具有灵活高效、集成化等优点。和常规管道相比,小管道表面张力与粘性力影响显著增强,这就意味着小管道中表现出的一些流动特性和参数变化规律与常规管道不同。目前小管道两相流参数测量技术仍处于发展阶段,缺乏系统的理论基础与机理模型。通过实验对比,分析常规管道与小管道中流型、含气率等特征参数的异同,能够为小通道两相流发展提供参考,具有实际应用前景与研究价值。针对以上研究现状,本文对五种不同内径（10.45 mm,8.74 mm,6.68 mm,4.75 mm,3.12 mm）的水平管进行研究,主要工作与创新点如下:（1）在流型识别方面,使用高速摄像机获得两相流流型特征图像,针对水平管道的流型特点搭建了水平管两相流参数测量系统。该系统包括水路供给系统、气路供给系统、实验段及数据采集系统。实验结果表明在10.45 mm,8.74 mm,6.68mm内径水平管中发现了泡状流、弹状流、环...
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１水平管道内的两类划分方法??［３７］
?第一章绪论??（?？?？?〇?、？?〇?９?＊?〇?、??｛＾？？，？？．．、一：ｑ?气泡流??＾?（￣＾°，ｕ—＂？．?＾?塞状流??３?分层流??［ｙ￣￣?—＂?’?波状流??°ｖ??＾?弹状流??Ｍ?环状流??图１．２?Ｗｈａｌｌｅｙ流型图划分??较于常规管道，小通道流型转换边界发生了改变。小管道中，Ｂａｍｅａ使用４－??１２．３?ｍｍ管径水平管观察到了光滑层状流、波动层状流、拉长的泡状流、弹状流、??环状流、波动环状流以及分散泡状流七种流型。许威威［４３］在内径为４和５?ｍｍ的??水平管中观测到了泡状流、层状流、环状流和弹状流四种流型。Ｏｎｇ和Ｔｈｏｍｅ％］??等实验测定内径为１－３?ｍｍ的水平圆管内的两相流型，并将其分类为隔离气泡，??聚结气泡，波浪环状流和平滑环状流动。Ｓｕｄａｒｊａ等在内径１．６?ｍｍ的圆管内，??发现了弹状流、塞状流、弹－环状流以及环状流和搅拌流五种流动模式。杨英英??等｜４５］发现管径的减小会导致流型变化中表面张力作用逐渐占据重要地位，随之??弹状流、泡状流以及环状流区域变大，层状流区域逐渐减校Ｄｅｅｎｄａｒｌｉａｎｔｏ等＿??发现随着管径减小，层状流变为弹状流需要的液体流速更低。??综上所述，一般情况下管道内部的流型一般可总结为弹状流、泡状流、环状??流和层状流四种典型流型，随着管径和工况的变化，四种典型流型区域会发生变??化，以及出现四种典型流型的衍生流型。??１．３两相流流型辨识的研究与发展??两相流流型辨识是对两相流研究的基础，目前根据两相流动状态对流型进??行划分以及使用在线流动状态对流型进行辨识也是工程中亟待解决的问题，目??前流型辨识的方法主要分为
?山东大学硕士学位论文???１．３．１流型图法识别流型??最早的通用流型图是Ｂａｋｅｒ于１９５４年绘制的他使用的数据大部分来自??当量直径为２５．４?ｍｍ的空气－水水平管道。Ｂａｋｅｒ流型图在石油化工与蒸发冷凝??设计中有着很重要的地位，如图１．３所示。??ｓ?１遍??ｓ?ｍｉｎ?ｎｆ??ｖｆ＊?二?＿ｊ?ｉ?．．?４?４?？?ｔｉ?？?戌夺二字－十，＿二沣：士??‘?二书翁，｜＾｜二４±４??￥１＇—１早Ｆ．?Ｉｒｈ—Ｔｌ＿??ｌ．Ｅ＋０２???＇■＊?１１?＂＊＊?－｜；?１?１?１?ｌｉｎ＞一－Ｕｌｉ?＿＿?＿?‘丨１?＿４?丄＿．１丨“皿?１?１１１１１１??ｌ．Ｅ－０１?１．?Ｅ＊００?ｌ．Ｅ＋０１?ｌ．Ｅ＋０２?ｌ．Ｅ＋０３?ｌ．Ｅ＋０４??Ｃ？，＾＃／Ｃ，，无因次??图１．３?Ｂａｋｅｒ流型图??Ｂａｋｅｒ流型图中的纵坐标为横坐标为参数０和ｖ分别定义为：??Ａｅ?Ｇ，??＾?＝?＼ｌＡｇ＾ｌ?（１．１）??（１．２）??ｃｒ，?Ａ，?Ｐｉ?ｃｒ，??Ａｇ－气相相对密度？，??Ａ，－液相相对密度；??ｔｒ？?－水的表面张力，单位ｉＶ／ｗ；??ｃｒ，－液相表面张力，单位ＪＶ／／７２；??／Ａ，－水的粘度，单位Ｐａ－Ｓ；??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平圆形与方形微小通道内R134a冷凝数值模拟[J]. 张井志,李蔚. 化工学报. 2016(05)
[2]水平光滑细管内R32的冷凝换热特性[J]. 王欢,李敏霞,杨英英,马一太. 太阳能学报. 2015(11)
[3]光学探针在气液两相流动局部参数测量中的应用研究[J]. 田道贵,孙立成,高菲,刘靖宇,孙波. 实验流体力学. 2012(06)
[4]微通道内气液两相流行为研究进展[J]. 马友光,付涛涛,朱春英. 化工进展. 2007(08)
[5]微反应器的发展现状[J]. 韦广梅,曾尚红. 世界科技研究与发展. 2005(05)
[6]多相流相分率的模型预测与检测方法[J]. 姚海元,宫敬,宋磊. 油气储运. 2004(07)
[7]微化工技术[J]. 陈光文,袁权. 化工学报. 2003(04)
[8]两相流相浓度检测技术的研究[J]. 张玉平,金锋,张岩,张宝芬. 北京理工大学学报. 2002(03)
[9]国际多相流动的研究动向[J]. 郭烈锦,高晖. 国际学术动态. 2001(03)
[10]国际多相流动的研究动向[J]. 郭烈锦,高晖. 国际学术动态. 2001 (03)
博士论文
[1]小管道气液两相流参数测量与状态监测的研究[D]. 李华军.浙江大学 2018
[2]微管气液两相流的淹没喷流特性研究[D]. 申英男.浙江大学 2018
[3]微小通道内气液Taylor流动及冷凝环形流动的数值模拟与实验研究[D]. 张井志.浙江大学 2017
[4]微细通道内液氮流动沸腾热物理特性与机理的可视化研究[D]. 付鑫.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]基于图像处理的小管道气液两相流参数测量研究[D]. 杨志勇.浙江大学 2018
[2]基于光电池阵列传感器和差压传感器的小管道气液两相流参数测量研究[D]. 周天一.浙江大学 2017
[3]基于多视觉的小管道气液两相流参数测量研究[D]. 郑小虎.浙江大学 2016
[4]小管道气液两相流段塞流流量测量研究[D]. 许威威.浙江大学 2015
[5]基于高速摄像的小管道气液两相流段塞流相含率测量研究[D]. 姜北.浙江大学 2014
[6]基于高速摄像系统的小管道气液两相流参数测量方法研究[D]. 黄刚.浙江大学 2012
[7]气液两相流流型实验研究[D]. 张金红.哈尔滨工程大学 2005
本文编号：3618552
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１水平管道内的两类划分方法??［３７］
?第一章绪论??（?？?？?〇?、？?〇?９?＊?〇?、??｛＾？？，？？．．、一：ｑ?气泡流??＾?（￣＾°，ｕ—＂？．?＾?塞状流??３?分层流??［ｙ￣￣?—＂?’?波状流??°ｖ??＾?弹状流??Ｍ?环状流??图１．２?Ｗｈａｌｌｅｙ流型图划分??较于常规管道，小通道流型转换边界发生了改变。小管道中，Ｂａｍｅａ使用４－??１２．３?ｍｍ管径水平管观察到了光滑层状流、波动层状流、拉长的泡状流、弹状流、??环状流、波动环状流以及分散泡状流七种流型。许威威［４３］在内径为４和５?ｍｍ的??水平管中观测到了泡状流、层状流、环状流和弹状流四种流型。Ｏｎｇ和Ｔｈｏｍｅ％］??等实验测定内径为１－３?ｍｍ的水平圆管内的两相流型，并将其分类为隔离气泡，??聚结气泡，波浪环状流和平滑环状流动。Ｓｕｄａｒｊａ等在内径１．６?ｍｍ的圆管内，??发现了弹状流、塞状流、弹－环状流以及环状流和搅拌流五种流动模式。杨英英??等｜４５］发现管径的减小会导致流型变化中表面张力作用逐渐占据重要地位，随之??弹状流、泡状流以及环状流区域变大，层状流区域逐渐减校Ｄｅｅｎｄａｒｌｉａｎｔｏ等＿??发现随着管径减小，层状流变为弹状流需要的液体流速更低。??综上所述，一般情况下管道内部的流型一般可总结为弹状流、泡状流、环状??流和层状流四种典型流型，随着管径和工况的变化，四种典型流型区域会发生变??化，以及出现四种典型流型的衍生流型。??１．３两相流流型辨识的研究与发展??两相流流型辨识是对两相流研究的基础，目前根据两相流动状态对流型进??行划分以及使用在线流动状态对流型进行辨识也是工程中亟待解决的问题，目??前流型辨识的方法主要分为
?山东大学硕士学位论文???１．３．１流型图法识别流型??最早的通用流型图是Ｂａｋｅｒ于１９５４年绘制的他使用的数据大部分来自??当量直径为２５．４?ｍｍ的空气－水水平管道。Ｂａｋｅｒ流型图在石油化工与蒸发冷凝??设计中有着很重要的地位，如图１．３所示。??ｓ?１遍??ｓ?ｍｉｎ?ｎｆ??ｖｆ＊?二?＿ｊ?ｉ?．．?４?４?？?ｔｉ?？?戌夺二字－十，＿二沣：士??‘?二书翁，｜＾｜二４±４??￥１＇—１早Ｆ．?Ｉｒｈ—Ｔｌ＿??ｌ．Ｅ＋０２???＇■＊?１１?＂＊＊?－｜；?１?１?１?ｌｉｎ＞一－Ｕｌｉ?＿＿?＿?‘丨１?＿４?丄＿．１丨“皿?１?１１１１１１??ｌ．Ｅ－０１?１．?Ｅ＊００?ｌ．Ｅ＋０１?ｌ．Ｅ＋０２?ｌ．Ｅ＋０３?ｌ．Ｅ＋０４??Ｃ？，＾＃／Ｃ，，无因次??图１．３?Ｂａｋｅｒ流型图??Ｂａｋｅｒ流型图中的纵坐标为横坐标为参数０和ｖ分别定义为：??Ａｅ?Ｇ，??＾?＝?＼ｌＡｇ＾ｌ?（１．１）??（１．２）??ｃｒ，?Ａ，?Ｐｉ?ｃｒ，??Ａｇ－气相相对密度？，??Ａ，－液相相对密度；??ｔｒ？?－水的表面张力，单位ｉＶ／ｗ；??ｃｒ，－液相表面张力，单位ＪＶ／／７２；??／Ａ，－水的粘度，单位Ｐａ－Ｓ；??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平圆形与方形微小通道内R134a冷凝数值模拟[J]. 张井志,李蔚. 化工学报. 2016(05)
[2]水平光滑细管内R32的冷凝换热特性[J]. 王欢,李敏霞,杨英英,马一太. 太阳能学报. 2015(11)
[3]光学探针在气液两相流动局部参数测量中的应用研究[J]. 田道贵,孙立成,高菲,刘靖宇,孙波. 实验流体力学. 2012(06)
[4]微通道内气液两相流行为研究进展[J]. 马友光,付涛涛,朱春英. 化工进展. 2007(08)
[5]微反应器的发展现状[J]. 韦广梅,曾尚红. 世界科技研究与发展. 2005(05)
[6]多相流相分率的模型预测与检测方法[J]. 姚海元,宫敬,宋磊. 油气储运. 2004(07)
[7]微化工技术[J]. 陈光文,袁权. 化工学报. 2003(04)
[8]两相流相浓度检测技术的研究[J]. 张玉平,金锋,张岩,张宝芬. 北京理工大学学报. 2002(03)
[9]国际多相流动的研究动向[J]. 郭烈锦,高晖. 国际学术动态. 2001(03)
[10]国际多相流动的研究动向[J]. 郭烈锦,高晖. 国际学术动态. 2001 (03)
博士论文
[1]小管道气液两相流参数测量与状态监测的研究[D]. 李华军.浙江大学 2018
[2]微管气液两相流的淹没喷流特性研究[D]. 申英男.浙江大学 2018
[3]微小通道内气液Taylor流动及冷凝环形流动的数值模拟与实验研究[D]. 张井志.浙江大学 2017
[4]微细通道内液氮流动沸腾热物理特性与机理的可视化研究[D]. 付鑫.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]基于图像处理的小管道气液两相流参数测量研究[D]. 杨志勇.浙江大学 2018
[2]基于光电池阵列传感器和差压传感器的小管道气液两相流参数测量研究[D]. 周天一.浙江大学 2017
[3]基于多视觉的小管道气液两相流参数测量研究[D]. 郑小虎.浙江大学 2016
[4]小管道气液两相流段塞流流量测量研究[D]. 许威威.浙江大学 2015
[5]基于高速摄像的小管道气液两相流段塞流相含率测量研究[D]. 姜北.浙江大学 2014
[6]基于高速摄像系统的小管道气液两相流参数测量方法研究[D]. 黄刚.浙江大学 2012
[7]气液两相流流型实验研究[D]. 张金红.哈尔滨工程大学 2005
本文编号：3618552
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