涡街流量计在气液两相流中的特性研究

发布时间：2020-07-08 00:12

【摘要】：两相流在工业管道中无处不在,例如大多数的换热器中都存在一种形态或者多种形态的两相流,这里有必要提出,两相流形态分为气-液两相流,气-固两相流,液-液两相流,液-固两相流。本文主要讨论的是气液两相流。涡街流量计是国民经济中最常用的流量计之一,它在单相流中的计量特性已经得到验证,取得了非常成功的应用,然而由于两相流动复杂,液相的引入破坏了气相涡街压力场,用涡街流量计测量会存在误差。截面含液率增加导致流场中的紊流脉动增强,气相旋涡强度降低,涡街信号逐步减弱,直至紊流脉动完全淹没涡街信号。由涡街两相流场的多变性造成的涡街信号随含液率增加而消失现象,只存在于两相流工况下,这一现象增加了涡街流量计用于两相流计量的复杂性,导致用于单相流的涡街流量计算模型不适用于两相流量计量,然而少有文献涉及气液两相流的涡街流场场强特性的研究。本课题主要围绕气液两相流中涡街压力场和速度场特性展开研究,主要完成以下工作:(1)以旋涡诱导流场理论为基础,结合单相流Karmon涡街特性,研究了分层流下非定常的不稳定Karmon涡街现象,建立了气液两相涡街诱导的压力场模型,给出了涡街信号减弱度计算式。(2)基于Basset-Boussinesq-Ossen方程和机械能守恒,从两相作用力出发推导了涡街能量的表达式,提出了脉动压力系数,用来衡量雾状流中钝体尾流涡街能量的大小,从理论上建立了脉动液相流速和压力系数之间的函数关系,它的一个推论用于判断涡街是否存在,提出了预测液相流速的新算法。(3)建立了标准孔板和涡街流量计用于气液两相流流量计量的联立方程。考虑到截面含气率、液滴夹带量、气液滑速比等两相参数的作用,流速廓形等物理现象的存在,从理论上建立了涡街频率与气相体积流量的换算关系。(4)提出了基于功率谱熵的参数调整随机共振系统,适用于强噪声下微弱信号的检测。利用频谱分析得到的谱熵调节系统参数,使系统运行于随机共振状态,用以检测气液两相流中涡街微弱信号。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814;O359.1

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