摇摆对单相强制循环层流阻力特性的影响

为揭示不同驱动压头下摇摆运动对单相流动特性的影响机理,对摇摆条件下矩形通道内单相水层流阻力特性进行了理论和实验研究.实验结果表明,摇摆条件下流量波动幅值随驱动压头增加而迅速减小,当驱动压头大于附加压降幅值的10～11倍时,流动最终趋于稳定.驱动压头较低时,摇摆条件下瞬时摩擦压降与流量存在相位差,且不能采用稳态关系式预测.驱动压头较高时,摇摆条件下瞬时摩擦压降不波动,可采用稳态关系式计算.通过分析速度分布,解释了不同驱动压头下摇摆运动对矩形通道内单相强迫循环摩擦阻力特性的影响机理.     

周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究

为了探索海洋条件下的沸腾换热机理,完善海洋条件下两相流动模型,采用高速摄影设备对摇摆状态周期力场下矩形窄通道内的汽泡滑移进行了实验研究。实验结果表明,在摇摆运动的影响下,汽泡的滑移速度发生了周期性波动,波动的周期与摇摆运动周期基本一致;摇摆运动所引起的附加惯性力以及系统流量的波动对汽泡滑移速度波动影响不大,摇摆运动所引起的汽泡直径变化是影响汽泡滑移速度波动的主要原因。     

摇摆条件下窄通道内单相水流态转捩特性

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇摆条件下当Re小于2 400时,流态显示为稳定的层流,Re大于3 500时,流态为湍流,摇摆对稳定的层流区和湍流区流态没有影响;Re为2400～3 500之间时流动处于过渡区,摇摆对其流态转变有一定影响.在临界点附近摇摆振幅越大,流态转捩越容易发生;摇摆周期对流态转捩影响很小.摇摆运动改变系统重位压降及产生附加压降,从而对流态转捩的影响不可忽视.     

摇摆运动条件下自然循环流动的实验和理论研究

针对摇摆运动对自然循环流动的影响，开展了实验和理论研究．实验分摇摆实验和不摇摆实验2部分，实验结果表明：摇摆造成了自然循环流量周期性波动，波动周期与摇摆周期一致，波动振幅随摇摆频率和摇摆振幅的增加而增加，同时摇摆造成了自然循环平均流量的降低．通过构建数学模型，对摇摆运动条件下的自然循环流动进行了理论计算，计算结果和实验结果符合良好．同时，分析了摇摆对自然循环影响的机理，结果表明，流动阻力系数的增加是造成自然循环平均流量降低的主要因素．     

窄环隙内水流动沸腾时阻力特性的实验研究

鉴于流体在小尺度流道内流动时所表现出的特殊性和换热设备小型化的需要,在水加热条件下,对水在竖直环隙内流动沸腾时的摩擦压降特性进行了实验研究.环隙的宽度为0.9、1.4和2.4mm,实验压强为0.1 MPa.实验结果表明,窄环隙内的摩擦阻力压降高于普通圆管,环隙宽度越小,摩擦压降越大;随着含气率的增加,摩擦压降先缓慢降低,然后开始逐渐增加,环隙越宽,压降由降低到升高的转变点的含气率的值越高;可以用奇母霍斯关系式来计算窄环隙内的两相摩擦压降,式中的常数可由含气率计算.     

摇摆对单相自然循环系统流动特性的影响分析

针对摇摆对加热段为窄矩形通道的自然循环系统单相流动特性的影响,开展了实验研究。为了进一步分析摇摆对流动特性的影响机理,采用自主开发的系统分析程序,对实验工况下的系统行为进行了数值模拟。结果表明:在实验参数范围内,角加速度幅值是摇摆影响质量流量的本征量。当热工参数相同时,角加速度的幅值越大,摇摆运动下的时均流量与静止时的流量比值越小。基于静止条件下的阻力关系式开发的程序,可以较好地模拟摇摆条件下单相自然循环流动特性。摇摆引起的流量波动是摇摆对单相自然循环流动阻力特性影响的主要机制。     

微通道内气-液两相流动特性研究

考察了400μm光滑通道内氮气-乙醇、氮气-CMC(共5组,不同表面张力)的两相流动特性,并给出了更为普遍化的流型图,同时也研究了液体性质(密度、粘度等)对微通道内两相流体流动的影响。结果表明,不同流体的摩擦压降都会随着表观气速和表观液速的增加而呈现上升的趋势,随着粘度的增长,总体压降也会出现上升趋势,并且粘度越大越容易出现环型流。     

摇摆对单相强迫循环流量波动特性的影响机理

针对摇摆条件下的单相强迫循环流量瞬变特性开展流量波动影响机理研究。通过调节离心泵转速、阀门状态及摇摆参数分析驱动压头、回路阻力及附加压降对流量波动幅值的影响。通过建立摇摆条件下单相流量波动方程,系统地揭示摇摆运动的影响机理.结果表明,增加驱动压头和回路阻力使得相对流量波动幅值减小,增加附加压降使得相对流量波动幅值增大。当驱动压头大于附加压降幅值的10~11倍时,摇摆对单相强迫循环流量波动的影响可忽略。流量波动方程分析结果与流量波动实验结果有很好的一致性。     

水平微通道内油水两相流压降实验研究

测试了油相及水相流体在水力学直径为895 μm的矩形铜基微通道内的单相及两相流摩擦压降,并将实验数据与已有的单相及两相流摩擦压降预测模型进行对比。主要考察油相、水相质量通量及两者比率对摩擦系数及压降的影响。结果表明,油的摩擦系数显著高于水的摩擦系数,Hagen?Poiseuille方程能够准确预测微通道内油或水的单相流体压降;油相及水相质量通量均显著影响液?液两相流压降,油水两相流体流量越大,油相含量越高,两相摩擦压降越高;Cicchitti模型能够相对准确地预测油水两相流体混合黏度。为提升预测准确度,建立了油水两相流摩擦系数预测关联式,预测值与实验值吻合较好。     

摇摆状态下两相流空泡份额变化规律分析

为了研究摇摆对两相流空泡份额的影响,通过对不同管径、摇摆周期和摇摆角度下的竖直有机玻璃管内两相流空泡份额变化规律进行了分析.对实验数据的分析发现,管径增加会使相同容积含气率下的空泡份额减小;弹状流区域内,摇摆角度增加使得空泡份额降低,随着容积含气率的增加,摇摆角度改变对空泡份额的影响减弱;相对于摇摆角度对空泡份额的影响而言,摇摆周期的改变对空泡份额的影响并不明显.