棒束通道内两相流动摩擦阻力特性分析

常温常压下,对竖直3×3棒束通道内气液两相流动阻力特性进行了实验研究。利用所获得的实验数据,对8种典型的两相流动摩擦压降计算模型进行了评价。结果表明,均相模型在两相流速较高时精度较高,在两相流速较低时则偏差较大。分相模型中,Friedel模型和Lombodi-Pedrocchi模型不适用于本实验条件下棒束通道内气液两相流动摩擦压降的计算。Chisholm C模型、Zhang-Mishima模型、ChisholmB模型、Mishima-Hibiki模型及L.Sun模型的预测值与实验值的平均相对误差介于20%~30%之间。基于实验数据,通过修正ChisholmC模型的C系数,给出一个新的修正模型,其计算值与实验值符合良好。     

矩形窄通道内流动沸腾阻力实验与计算方法研究

基于换热器小型化的研究背景,对水在矩形窄通道内流动沸腾阻力特性进行了实验研究与分析,并利用实验结果对常规通道和窄通道的两相摩擦压降计算的6种方法进行了评价。结果表明,应用于常规通道的关系式已不适于窄通道中流动沸腾压降的计算,而基于窄通道的Zhang-Mishima及Sun-Mishima关系式预测结果与实验值符合较好。实验结果和理论分析表明,利用分相流方法得到的分液相摩擦因子计算式中Chisholm系数C与Martinelli参数X存在指数关系,且随着质量流速的变化也有所不同,据此给出了新的分液相摩擦因子的计算方法,新方法具有更高的计算精度。     

窄矩形通道内两相流动压降特性研究

以空气和水为工质,在40mm×1.6mm的窄矩形通道中对竖直向上气-液两相流动压降特性进行了实验研究。对比了现有的两相流动阻力计算关系式,结果表明,传统的计算关系式均不适用于窄矩形通道内两相流动阻力的计算;而以窄矩形通道为基础的Lee-Lee关系式误差相对较小,但预测值与实验值相比整体偏小。为此结合实验数据,以分液相-分气相雷诺数之比Re_l/Re_g为依据将流动分为两个区域,分别对Chisholm关系式进行修正,修正关系式与实验数据的误差较小,能够很好地预测本次实验结果。     

摇摆运动下矩形窄通道内流动沸腾阻力特性

本工作对摇摆运动下水在矩形窄通道内流动沸腾阻力特性进行实验研究分析。一方面利用竖直静止实验数据对已有两相压降的计算方法进行评价,结果表明,应用于常规通道的关系式已不适用于窄通道中流动沸腾压降的计算,基于窄通道的Zhang-Mishima及Sun-Mishima关系式预测结果与实验值符合较好;另一方面得出了摇摆运动下流动沸腾阻力特性,摇摆运动使两相压降周期性波动,但摇摆角度和摇摆周期对压降的波动幅度、两相平均摩擦压降几乎无影响。     

窄矩形通道内两相流动压降特性研究

以空气和水为实验工质,分别在40mm×1.6mm和40mm×3mm的矩形通道中对竖直向上气-液两相流动阻力特性进行了实验研究。该研究还对比了现有的两相流动阻力计算关系式,结果表明,对于窄缝为1.6mm的通道,传统的阻力计算关系式均不适用;而窄缝为3mm的通道,除Friedel模型和Tran模型外,其余模型与实验值符合较好。为此结合实验数据,以分液相雷诺数为依据将流动分为层流区、过渡区和湍流区3个区域,分别对Chisholm关系式进行修正,结果表明：C为当量直径的线性函数,当量直径越大,C越小。修正关系式与实验数据的误差较小,能很好地预测本次实验结果。     

矩形通道内气水两相流摩擦阻力计算模型

常压下以空气和去离子水为工质,对横截面为1.41 mm×40 mm和3 mm×40 mm的竖直矩形通道内两相流动阻力特性进行了实验研究。利用获得的764组实验数据,对11种典型两相流摩擦阻力计算模型进行评价。结果表明：Lee-Lee模型整体预测精度最高,但在分液相雷诺数较小（Re_l<600）和较大（Re_l>8 700）区域,与实验值符合较差;在分液相紊流区(Re_l≥2 000) Chisholm B模型适用性较好,对于两实验段预测值与实验值绝对平均误差分别为6.13%和6.43%,但在分液相层流区(Re_l<2 000)其预测值与实验值偏差较大。根据压降特性提出修正两相动力黏度,并针对分液相层流区提出修正计算关系式,其预测值与实验值符合较好。     

小通道内两相流摩擦压降计算方法评价

从文献中收集了2902个小通道内的两相流摩擦压降实验数据,实验工质包括R123、R134a、R22、R236ea、R245fa、R404a、R407C、R410a、R507、CO_2、水和空气,流道当量直径范围0.51～12 mm,气-液相雷诺数范围10Re_137000,气相雷诺数范围3Re_g4×10~5。基于这些实验数据,对11个小通道内的两相流摩擦压降计算模型和方法进行了评价。结果表明,在层流区域,Lockhart-Martinelli、Mishima-Hibiki、Zhang-Mishima以及Lee-Mudawar方法相近,而Muller-Steinhagen-Heck方法在紊流区精度最高,平均误差为34.8%。基于Chisholm方法给出了小通道内的两相流摩擦压降修正计算关系式,计算表明,该关系式在层流和紊流范围内优于其他公式。     

矩形小通道内空气-水两相流动均相流模型研究

在机玻璃竖直矩形通道内,以空气和去离子水为工质获得实验数据。据此对竖直矩形小通道内均相流模型的适用性进行评价。结果表明,采用McAdams两相粘度时均相流模型及Chen等提出的修正均相流模型能较好用于1.41 mm间隙通道压降的预测,平均绝对误差分别为10.92%和12.20%;采用McAdams两相粘度时均相流模型对于3 mm间隙通道在两相雷诺数Re大于6000时平均绝对误差为10.04%,但气-液两相Re较低时预测偏差较大。通过实验数据分析得到了均相流模型适用于3 mm间隙通道的范围;针对两相Re较低的区域拟合得到了新的经验关系式,其预测值与实验值符合较好。     

小宽高比矩形通道两相阻力特性研究

通过对宽高比为0.05的矩形通道内两相流动阻力特性的实验研究结果,以及与现有经典公式的对比分析结果表明,现有公式在预测较小宽高比的矩形通道内阻力特性时偏差较大。引入了能够反映小通道对气泡生长的限制特性无量纲N_conf,用于对小宽高比矩形通道阻力特性的预测,并采用Lockhart-Martinelli方法拟合了C系数预测关系式。预测结果与实验数据比较,发现95%的实验数据与预测值相对偏差在±15%以内。     

空泡份额模型在矩形通道沸腾压降计算中的适用性评价

分析了各空泡份额模型随质量流量、系统压力及质量含气率的变化关系,并对各空泡份额计算模型在窄矩形通道内的应用进行了评价。研究结果表明:尽管空泡份额模型选取对重位压降及加速压降计算影响极大,但由于窄矩形通道内的饱和沸腾流动以环状流为主,重位压降及加速压降在两相总压降中的份额极小,因此在两相摩擦压降计算过程中,空泡份额模型的影响非常轻微。采用Zivi模型计算得到的沸腾摩擦压降与其他关系式计算值相对偏差在±5%范围内,因此建议采用Zivi模型计算窄矩形通道内空泡份额。     

矩形通道高宽比对两相流动阻力和流型关系的影响

在可视化观察的基础上,实验研究了矩形通道高宽比对两相流动阻力和流型关系的影响。实验选择了3种通道尺寸的实验段,截面宽度相同,全部为43 mm,高度分别为1.41、3和10 mm,根据受限因子C_o,前两个实验段属于窄通道,第3个属于常规通道。实验结果表明：高宽比不同时,随着气相流速的增加,通道内两相流动压降呈不同的变化趋势。对于10 mm通道,低气相流量时重位压降占主要成分,而对于1.41 mm和3 mm通道,摩擦压降占主要成分;随着气相流量的增大,总压降中摩擦压降的比例也增大;对于10 mm矩形通道,可利用压降变化规律确定搅混流的发生范围。     

矩形窄缝通道内单相水流动特性研究

通过理论分析,得到了计算矩形窄缝通道单相层流摩阻系数的公式。对小高宽比矩形窄缝通道内的流动特性进行了实验研究,结果表明：矩形窄缝通道内单相摩阻系数随Re变化的曲线和圆管有相同的趋势,但圆管流动摩阻公式不适用于矩形窄缝通道。矩形通道内摩阻系数与Re和通道截面高宽比有关,通道高宽比越小,摩阻系数越大。实验结果和理论推导结论一致。从截面湿周和切向应力两方面解释了高宽比对矩形窄缝通道内单相水层流摩阻特性的影响机理。     

高宽比对矩形窄通道内单相水流动特性的影响机理

通过理论和实验研究了矩形窄通道内单相水的流动特性。结果表明：矩形通道截面高宽比对其流动阻力有重要影响,层流区和紊流光滑管区摩擦阻力均随高宽比的减小而增大。可视化结果表明：矩形窄通道临界Re为2 500~2 600,高宽比对窄通道内流态转捩无明显影响。层流区高宽比通过改变截面湿周及速度分布两方面影响摩阻特性;紊流区高宽比通过改变黏性底层紊流时均速度分布及截面湿周两方面影响摩阻特性。     

摇摆条件下窄矩形通道内两相流动瞬态阻力特性研究

摇摆条件下的气液两相流动受摇摆引起的附加惯性力的影响,致使其摩擦阻力特性发生改变。本工作在摇摆周期为8、12、16 s和摇摆振幅为10°、15°、30°的条件下,对窄矩形通道（40 mm×1.6 mm）内空气-水两相流动的瞬态阻力特性进行了研究。结果表明：摇摆时瞬态摩阻系数的变化呈明显周期性;气相质量含气率越大,摩擦压降的波动幅度越大;摇摆周期越小,振幅越大,摩擦压降的波动幅度越大。给出1个用于计算摇摆条件下两相摩阻系数的关联式,92.5%的计算值的相对误差在±20%以内     

摇摆条件对矩形通道内泡状流摩阻特性影响

摇摆运动作为一种典型海洋条件,对管内的气液两相流动过程产生较大影响。本工作通过摇摆条件下空气 水泡状流在矩形通道内流动阻力特性的实验,研究摇摆运动对两相流动过程的影响。实验在常温、常压下进行,通道尺寸为40 mm×10 mm,摇摆角度为10°、15°和30°,摇摆周期为8、12和16 s。结果表明,摇摆条件下瞬态摩擦压降的变化具有明显周期性,随着两相雷诺数变大,瞬态摩阻系数的波动幅度和平均水平均变小;摇摆周期越小,摇摆振幅越大,即摇摆运动越剧烈,摩擦压降的波动幅度也越大。     

矩形窄缝通道内水稳态和瞬态流动换热特性实验

以去离子水为工质,在压力0.5～5.0 MPa的范围内,对矩形窄缝通道内水稳态及瞬态流动换热特性进行了实验研究。结果表明:矩形窄缝通道在水平和竖直放置以及稳态和瞬态条件下,水的流动换热特性呈现出基本相同的规律。层流向紊流过渡区域的雷诺数(Re)为900Re1300,比常规通道提前,单相摩擦阻力系数比常规通道大;采用Dittus-Boelter公式的形式拟合得到了新的换热实验关联式,其系数较Dittus-Boelter公式的系数约小11.3%。在稳态条件下,紊流区换热系数随质量流速的增加而增大,增大趋势比较明显;换热系数随热流密度的变化不明显;压力对单相强迫对流换热特性基本没有影响。