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     

三面加热窄矩形通道内气液两相流流型研究

以去离子水为工质,对截面为3 mm×43 mm的三面加热窄矩形通道内流型转化过程进行可视化实验研究。借助高速摄影仪记录可视化数据,观察到泡状流、弹状流、搅拌流和气膜塞状流等4种主要流型,并详细描述了各种流型发生时通道内气泡转化的过程。记录不同流型转化时的临界点,绘制出三面加热窄矩形通道的流型图,分析流型图中流型转化边界曲线的趋势及形成机理。将本实验流型图与现有相似通道尺寸流型图进行对比,结果表明：三面加热条件下的流型转化过程与绝热条件下的空气 水流型转化过程差异很大,某些流型转化曲线存在趋势上的不同;由于窄边加热部分的影响,与单面加热通道的流型转化过程也存在明显差异。气膜塞状流在绝热条件和单面加热条件下均未出现。     

摇摆对窄矩形通道内两相流摩擦压降特性影响

本文以窄矩形通道内两相流为研究对象,分析了不同摇摆工况对两相流动摩擦阻力特性的影响。通过对试验数据分析,结果表明,改变摇摆周期对窄矩形通道内两相流的瞬态摩擦压降波动幅值的影响很小,只是改变了其瞬态摩擦压降变化频率,对其平均摩擦压降无影响。同时,采用L-M法对比分析摇摆与静止条件下的φ²_l(φ²_g) -X变化曲线发现,摇摆状态下窄矩形通道内的两相摩擦压降可采用静止条件下φ²_l(φ²_g) -X变化曲线进行计算。     

矩形窄缝通道内泡状流—弹状流流型转变准则研究

在两相流系统中,流型影响系统的摩擦阻力和传热等特性,准确判定不同流型对于两相流的计算具有重要意义。对于窄缝通道内的气液两相流动,特别是矩形窄缝通道内流型转变准则,已有学者进行了一定的实验研究,但由于实验装置及工况的限制,目前尚缺乏统一且适用性较广的流型转变准则,已有的基于矩形通道的流型判定准则适用性也有待于进一步评估。本文以空气-水为工质,对竖直矩形窄缝通道内泡状流-弹状流流型转变准则进行分析研究,基于1 168个流型实验数据,采用分界成功率对已有转变准则对于实验数据的适用性进行定量综合评价,并针对流型转变原理开展理论分析,引入无量纲数约束因子Co,建立考虑工质物性和流道尺寸、精度更高、适用范围更广的窄缝通道内泡状流-弹状流流型转变准则。本文结论可为反应堆换热元件和紧凑式换热器设计计算提供依据。     

摇摆对窄缝通道内高压两相摩擦阻力影响的研究

对矩形窄缝通道内高压两相摩擦阻力特性开展实验研究,分析摇摆运动对矩形窄缝内两相摩擦阻力的影响。结果表明:摇摆运动条件下,两相摩擦阻力会随着摇摆运动而呈现近似正弦的波动,两相摩擦阻力波动时均值与静止条件下的相等;摇摆运动引起的摩擦阻力相对变化量随着全液相雷诺数、含汽率、摇摆周期的增大而减小,随着摇摆幅值的增大而增大;摩擦阻力相对变化量与最大摇摆角加速度没有明显单调关系。提出用于计算摩擦阻力相对变化量的经验关系式。     

摇摆对窄缝通道内高压两相摩擦阻力影响的研究

对矩形窄缝通道内高压两相摩擦阻力特性开展实验研究,分析摇摆运动对矩形窄缝内两相摩擦阻力的影响。结果表明:摇摆运动条件下,两相摩擦阻力会随着摇摆运动而呈现近似正弦的波动,两相摩擦阻力波动时均值与静止条件下的相等;摇摆运动引起的摩擦阻力相对变化量随着全液相雷诺数、含汽率、摇摆周期的增大而减小,随着摇摆幅值的增大而增大;摩擦阻力相对变化量与最大摇摆角加速度没有明显单调关系。提出用于计算摩擦阻力相对变化量的经验关系式。     

摇摆运动下矩形窄通道内摩擦压降特性研究

以水为工质,进行了摇摆运动下矩形窄通道内单相与流动沸腾阻力实验,获得了摇摆运动下瞬态压降波动规律,并对摇摆运动影响压降波动的机理进行了分析。摇摆运动使摩擦压降产生周期性波动,单相流动时,随系统流量、工质温度的升高,摇摆对压降波动的影响越发减弱;流动沸腾时,摇摆运动通过改变系统空间位置使压降呈明显的周期性波动,其波动幅度随出口含气率、系统流量、摇摆周期和角度的增大而增大,随系统压力的增大而减小。     

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。     

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。     

摇摆条件下窄矩形通道内流动传热特性数值模拟

建立窄矩形通道在摇摆条件下湍流流动的物理数学模型,应用数值分析方法模拟窄矩形通道的三维非稳态流动的传热过程;考察摇摆条件下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数Re、摇摆周期T及摇摆幅度max影响的变化规律。结果表明,摇摆状态下窄矩形通道内速度场呈周期性变化;时均摩擦系数favg和时均努塞尔数Nuavg比非摇摆工况下的结果大,Nuavg满足拟合公式0.851 0.4Nu 0.023Re Pr;在相同Re和摇摆周期T下,通道内流体摩擦压降和Nu的变化幅值随max的增大而增大,其变化周期等于T;在相同Re和max下,摩擦压降pf和Nu的变化幅值随T的增大而减小,其变化周期等于T。     

摇摆条件下矩形窄缝通道内汽泡脱离直径实验研究

以去离子水为工质,可视化研究了矩形窄缝通道内不同质量流速下摇摆运动对汽泡脱离直径的影响。研究结果表明,由于摇摆运动引起的局部流场波动,汽泡生长过程变得不稳定,且汽泡脱离直径在一定范围内波动,这种效应会随质量流速的增大而减弱。线性拟合发现,摇摆角位移为0°时,汽泡脱离直径有最小的趋势。     

窄矩形通道两相流动沸腾压降特性实验研究

实验研究了横向均匀和非均匀(多项式和正弦分布)加热条件下垂直矩形通道(2 mm×60 mm×1 000 mm)的沸腾压降特性,实验段为双面加热,有效加热面尺寸为56 mm×700 mm。工作流体为去离子水,通过改变入口压力和流量边界开展不同参数工况下的实验研究。结果表明,两相压降梯度随饱和压力的增加而减小,随质量流速的增加而增大,含气率对两相压降的影响与质量流速有关,横向功率分布形式对流动沸腾压降也有重要影响。基于均匀加热实验数据对现有的两相压降预测模型进行了评价,发现使用等效黏度假设的均相模型极大低估了实验值,且预测结果的分散度较大;分相模型中Müller-Steinhagen和Heck、Li和Wu关系式预测效果最好,平均绝对误差分别为11.8%和12.3%,且大多数预测值在±20%误差带内。本文基于Müller-Steinhagen和Heck关系式形式引入邦德数Bo考虑表面张力的影响,拟合得到新的预测关系式,该关系式对实验数据的预测误差在±8%的误差范围内。     

竖直窄矩形通道内空气-水两相流中气弹运动速度研究

以空气和水为工质,应用高速摄像仪,对竖直窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内气液两相弹状流进行了可视化实验研究。气、液相表观速度分别为0.1~2.51 m/s和0.16~2.62 m/s,工作压力为常压。实验中发现窄矩形通道内弹状流与圆管中存在较大差别,气弹多发生变形,高液相流速时变形更为严重。窄边液膜含气量较高,在高液相流速时窄边液膜不下落,宽边液膜中含有由气弹头部进入和气弹尾部进入的气泡。气弹速度受气弹头部形状和宽度影响较大,受气弹长度影响较小。气弹速度可由Ishii & Jones-Zuber模型计算,但在低液相折算速度时偏差较大,其主要原因为漂移速度计算值较实验值偏小。     

Experimental Study on Two-phase Flow Boiling Pressure Drop Characteristics in Narrow Rectangular Channel

The flow boiling pressure drop characteristics of a vertical rectangular channel (2 mm×60 mm×1 000 mm) were studied under transverse uniform and non uniform heating. The test section was double-sided heating with an effective heating area of 56 mm×700 mm. Three kinds of heating power distributions (uniform, polynomial and sinusoidal) were selected, and the working fluid was deionized water. A wide range of operating conditions was obtained by varying the inlet pressure and mass flux. The results show that the pressure drop gradient decreases with the increase of saturation pressure and increases with mass flux. The influence of vapor quality on two-phase pressure drop is related to mass flux, and the transverse power distribution has an important effect on the flow boiling pressure drop. Based on the experimental data of uniform heating, the existing two-phase pressure drop prediction model was evaluated. The homogeneous model using the equivalent viscosity assumption significantly underestimated the experimental values, and the data dispersion is relatively large. The Müller-Steinhagen and Heck and Li and Wu formulas are found to be the best with mean absolute errors of 11.8% and 12.3%, and most of predicted values are within ±20% error band. In this study, a new correlation based on the form of Müller-Steinhagen and Heck formula was proposed, and the Bond number Bo was introduced to consider the effect of surface tension. The prediction error of the new correlation for experimental data is within 8% error band.