水平管内气-液两相泡状流壁面切应力预测模型

水平管泡状流时气泡主要集中在管道的上部,在管下部只有少量的气泡.由于气泡的非均匀分布,壁面切应力沿周向变化.本文以水平管内气-液两相泡状流壁面切应力均相预测模型为基函数,在实验测量结果的基础上,建立了考虑气泡非均匀分布的水平管内气-液两相泡状流壁面切应力预测模型,预测模型能够反映不同工况下的壁面切应力沿周向的变化趋势,与实验测量结果比较,误差范围小于10%.     

气-液两相泡状流在摇摆状态下的摩擦压降计算

在常温下对光滑的有机玻璃管内单相水和气-液两相泡状流在两种不同摇摆角度和3种不同摇摆周期下的摩擦压降特性展开了研究.结合实验数据,提出了摇摆状态下的单相水摩阻系数的计算关系式.计算关系式不仅能够反映摩阻系数随时问变化的周期动态特征,而且计算结果与实验结果符合很好.在此基础上,运用均相流模型,对摇摆状态下两相泡状流的摩擦压降进行计算.结果发现,计算值与实验值的相对误差在±25%以内.     

下倾管内气-液两相流单气泡界面特征研究

本文对下倾管内气-液两相流单气泡的界面特征进行了实验和理论研究.实验采用双平行探针技术和摄像方法.结果发现,当弗劳德数Fr较小时存在单气泡的首尾倒置现象,气泡移动速度与这种倒置现象密切相关,单气泡的界面特征与气泡的长度无关而与流体的Fr数密切相关.基于双流体模型推导得到描述气泡尾部特征的计算模型,该模型对下倾管内气泡尾部界面特征的预测与实验结果吻合良好.进一步的理论分析表明,下倾管内气泡首尾倒置的临界Fr数随着管道下倾角和管道内径的增大而增大.     

水平管泡状流液相速度分布与相分布

用热膜探针测量了内径为 3 5mm的水平管泡状流中的液流速度 ,同时用双头电导探针测量了有关的相界面参数 ,结果表明 ,局部液流平均速度在靠管道下部的分布与单相液流的分布类似 ,在靠管道上部突然减小 ;局部液流平均速度在靠管道下部随气流折算速度的增加而增加 ,在靠管道上部则随气流折算速度的增加而减小 ;局部含气率和气泡频率随气流折算速度的增加而增大 ,在靠近管道上壁处有一峰值 ,其分布规律随液流速度的增加而趋向均匀     

摇摆状态下水平管内气-水两相流的流型研究

摇摆产生的惯性力以及水平管路发生向上和向下倾斜,会使管道内两相流的流动型式发生变化.本文对直径25mm管内气-水两相流在摇摆周期为15s、摇摆角度为10°状态下的流型进行了实验,研究了气-水两相流在摇摆状态下的流动型式,并给出了流型图.实验结果表明,在一些气-水流量区域,两相流体在一个摇摆周期内存在两种流动型式.     

外加扰动下垂直管内气-液两相流空隙波特性

采用双环电导探针技术实验研究了外加扰动对垂直上升管内气-液两相流空隙波特征的影响。研究结果表明,气-液两相流空隙波对外加周期性扰动具有频率选择性。在泡状流区,低频扰动能诱发与扰动等频的空隙波;在泡状流／弹状流转变区,低频扰动能加速气泡合并,促进泡状流向弹状流转变;而在弹状流区空隙波特征对外界扰动并不敏感。空隙波的传播速度受外界扰动频率的影响,随着扰动频率的增大,空隙波波速先减少又增大。本文的实验研究发现,存在对气-液两相流空隙波特征影响最为显著的临界扰动频率,在本实验条件和参数范围内,该临界扰动频率为20Hz。     

水平管泡状流局部统计特性的实验研究

利用双头电导探针技术测量了水平管内空气－水两相流的局部统计特性。分析了两相流局部统计参数如局部空隙率、气泡频率、气泡速度、气泡尺寸、界面浓度等参数随气液两相流量的规律变化。研究发现水平管内相分布与垂直管内相比呈现出更为复杂的形态,水平管内局部空隙率、界面浓度在同一直径方向的分布呈现类似分布,在管内除沿水平管径,即９０°线外,沿其它直径的分布都是非对称的。界面浓度在管内最高可达６００ ｍ － １,反映靠近管子上壁的热质交换最强烈。     

摇摆对水平管内气液两相流流型的影响

本文对水平放置在摇摆台架,随台架做偏离水平位置的左右往复运动的管内空气-水两相流流型进行了实验研究.实验发现,低流速时,摇摆状态下水平管内流动变得很小稳定,流型发生周期性的改变:当水平管处于倾斜向上或倾斜向下状态时,管内流型分别有些近似于非摇摆的稳态倾斜上升或倾斜下降管内流型,并且流型转变要经历一个发展的过程,发展快慢与气相和液相流速大小有关;而在高液相或高气相流速时,摇摆状态下与非摇摆稳定状态下的两相流流型相近,主要有泡状流、间歇流(弹状流和准弹流)和环状流.根据可视观察以及气液界面在一个摇摆周期内的整体特征和部分时间段的局部特征,定义了不同流动条件下气液两相流的流型,给出了摇摆状态下水平管内气液两相流流型图.     

用热膜测速仪测量水平管内气液泡状流的液相速度和紊流结构

对热膜测速仪应用于气液两相泡状流中的测量方法进行了研究。提出了一套全新的相鉴别技术，用此方法对水平管内的气液两相泡状流的液相速度和紊流强度进行了测量。并对液相水质及温度对测量结果的影响进行了探讨。实验结果表明．在水平管泡状流中．靠管道下部液流速度和紊流强度分布与单相液流的分布差别不大；管道上部较多的气泡使两相液流速度明显低于单相液流速度，增强了紊流强度；使紊流强度分布在r／R=0．5附近有一峰值。     

螺旋直径对螺旋管泡状流截面分布特性的影响

研究了不同螺旋直径螺旋管中泡状流的相界面参数（空泡份额、相界面浓度、气泡尺寸等）的截面分布特性。通过图像法标定了电导探针的测试精度,并通过合理地处理双头电导探针,得到了螺旋管中泡状流的空泡份额、相界面浓度和气泡数量频率的定量分布云图。为进一步量化地描述相界面参数的分布特征,采用统计方法定义了截面平均参数、相界面离散系数和气泡平均聚集坐标来表征其特性。实验结果表明,随着管道旋转直径的增大,气泡截面平均空泡份额有所下降,分布范围缩小,平均聚集坐标向上方和外侧移动,气泡尺寸整体上有所下降。     

竖直圆管内泡状流空泡份额径向分布实验研究

常温常压下,采用光学探针测量方法,对圆管（内径50 mm）内空气 水两相竖直向上泡状流空泡份额的径向分布特性进行了实验研究。结果表明,竖直圆管内泡状流空泡份额的径向分布随气液两相表观流速不同而变化。液相流速较高时空泡份额分布呈“壁峰型”,即中心区域变化平缓,近壁区出现峰值后迅速降低;液相静止时,随气相流速增加,空泡份额增加速度沿径向向外逐渐减小,气相流速较大时分布呈“核峰型”,即空泡份额随径向位置向外呈减小趋势;液相流速较低时分布呈现出过渡型。探针测量面积加权平均空泡份额与通过重位压降得到的空泡份额的相对偏差小于10%。     

Characteristics of Counter current Gas-Liquid Two-Phase Flow in Vertical Tubes

Investigations into the flow pattern and the void fraction for countercurrent air-water flow in vertical tubes of diameter D = 40 and 80 mm were reported. The flow maps were presented and showed slug flow regime occupied larger portion on them. The void fraction was measured by the quick-closing valve technique, in bubbly and slug flow regime.

The void fraction data available in the literatures as well as present work for counter- current flow in vertical tubes were correlated in terms of dimensionless groups. The experimental results of the present work were also compared with the drift flux model.     

竖直圆管内泡状流界面参数分布特性

采用双头光纤探针对内径为50 mm竖直圆管内空气-水两相泡状流界面参数径向分布特性进行了实验研究。气液两相表观速度变化范围分别为0.004～0.05 m/s和0.071～0.283 m/s。结果表明,竖直管内向上泡状流局部界面面积浓度（IAC）、空泡份额及气泡频率径向分布相类似,即气相流速较低时管道中间很大范围内以上3个局部界面参数几乎恒定,近壁区迅速下降到较低值;随气相流速的增加,局部界面参数在管道中心出现峰值。本实验中气泡聚合与破碎现象较少发生,索特平均直径沿径向近似均匀分布,且随气液两相流速变化很小。通过气泡横向受力解释了局部界面参数分布的影响机理。     

倾斜管内上升泡状流界面参数分布特性实验研究

采用双头光纤探针对倾斜圆管内空气-水两相泡状流界面参数分布特性进行了实验研究,包括局部空泡份额、气泡通过频率、界面面积浓度及气泡当量直径径向分布特性。实验段内径为50 mm,液相表观速度为0.144 m/s,气相表观速度为0~0.054 m/s。结果表明倾斜管内向上泡状流气泡明显向上壁面聚集。局部界面浓度、空泡份额及气泡通过频率径向分布相似。倾斜条件下局部界面参数分布下壁面附近峰值相对于竖直状态被削弱甚至消失,上壁面附近峰值被加强,中间区域从下壁面往上逐渐增大,且随倾斜角度的增加变化更加剧烈。气泡等价直径随径向位置、气相速度及倾斜角度的不同无明显变化,气泡聚合和破碎现象较少发生。通过气泡受力分析解释了倾斜对泡状流局部界面参数分布的影响机理。     

基于漂移流模型的矩形通道内泡状流-弹状流转变准则

以空气和水为工质,对竖直向上矩形通道(40 mm×1.41 mm,40 mm×10 mm)两相流流型特性进行了可视化研究。气液相表观速度分别为0.01~0.59 m/s和0.02~3.72 m/s。基于3个经典的泡状流向弹状流转变准则,考虑矩形通道的尺寸效应,导出了泡状流向弹状流转变时的临界空泡份额为0.23。以窄边宽度2.5 mm为界,将矩形通道分为小通道和常规通道两类,对泡状流向弹状流转变准则进行修正,修正准则能很好地预测实验值。为进一步验证修正准则的准确性和适用性,将修正准则与Mishima、Wilmarth和Sadatomi等的实验数据进行了对比,结果显示修正准则同样具有较好的预测效果。     

卧式螺旋管内泡状流转变的研究

本文在对卧式螺旋管内气液两相泡状流动及其转变的特征进行详细的实验研究的基础上,以现象为根据建立了泡状流转变的模型,给出了全范围内泡状流转变的边界预报式,实验与理论结果符合得很好。模型考虑了离心力和重力联合作用下的机制,对于弯管和直管内流动,模型具有兼顾的性质。     

Electrical Conductivity of Liquid Metal Two-Phase Mixture in Bubbly and Slug Flow Regime

A correlation function for reactor noise is determined through a conditional polarity-correlation technique in which the polarity of neutron-counting fluctuations is analyzed with the start condition that the counting rate reaches a preset level. This technique, evidently, is an example of flash-start technique, developed for the purpose of improving the efficacy of reactor noise analysis. In the present case, the conditional polarity-correlation function is described mathematically assuming that the counting fluctuations of the detector conform with a Gaussian distribution. The expression thus derived reveals that this function is approximately proportional to a cross-correlation function and is a differential type of polarity-correlation function.

In order to examine the validity of the obtained expression, an experiment was performed in a graphite-moderated reactor at slightly subcriticai state to measure the conditional polarity-correlation function. A novel contrivance was adopted in the experiment to eliminate the dead-time effect created during the busy time of the multi-channel time analyzer. The dependence on the preset level—i.e. flash-start condition—exhibited by the conditional polarity—correlation function showed good agreement with that expected from the mathematical expression. The prompt mode neutron decay constants were determined from the experimental data within statistical error of 3～4 %.     

Measurement System of Bubbly Flow Using Ultrasonic Velocity Profile Monitor and Video Data Processing Unit

The authors have been developing a measurement system for bubbly flow in order to clarify its multi-dimensional flow characteristics and to offer a data base to validate numerical codes for multi-dimensional two-phase flow. In this paper, the measurement system combining an ultrasonic velocity profile monitor with a video data processing unit is proposed, which can measure simultaneously velocity profiles in both gas and liquid phases, a void fraction profile for bubbly flow in a channel, and an average bubble diameter and void fraction. Furthermore, the proposed measurement system is applied to measure flow characteristics of a bubbly countercurrent flow in a vertical rectangular channel to verify its capability.