管束间气液两相流动特性研究进展

从流型及其转变、含气率、压降和速度分布等几方面对前人在管束间气液两相流动特性的工作做了综述,归纳并探讨了最新进展与方向。     

管束间气夜两相流动特性研究进展

从流型及其转变，含气率，压降和速度分布等几方面对前人在管束间气液两相流动特性的工作做了综述，归纳并探讨了最新进展与方向。     

γ射线法测量高压管束间气液两相流的截面含气率分布

在立式蒸汽发生器垂直管束间的气液两相流中，截面含气率是其中一个重要参数。使用γ射线法对高温高压下垂直管束间气液两相流截面含气率的分布规律进行了实验研究。实验压力分别为5、7、9 MPa，质量流速为300 kg/(m²?s)，热力学干度的范围为0.003 ~ 0.4。实验得到了垂直管束间截面含气率随热力学干度、体积含气率和压力的变化关系；并与经典公式的计算结果对比发现，在低干度区域，实验结果与Miropolskii模型、Smith模型和Armand模型偏差较大，均大于30%，在高干度区域偏差较小；基于Armand理论，通过多元线性回归法拟合出本文工况下平均截面含气率的计算关联式，与日本核动力工程公司(NUPEC)的实验数据偏差小于15%。本研究对蒸汽发生器的结构设计和流动特性研究具有重要意义。     

γ射线法测量高压管束间气液两相流的截面含气率分布

在立式蒸汽发生器垂直管束间的气液两相流中,截面含气率是其中一个重要参数。使用γ射线法对高温高压下垂直管束间气液两相流截面含气率的分布规律进行了实验研究。实验压力分别为5、7、9 MPa,质量流速为300 kg/(m~2·s),热力学干度的范围为0.003～0.4。实验得到了垂直管束间截面含气率随热力学干度、体积含气率和压力的变化关系;并与经典公式的计算结果对比发现,在低干度区域,实验结果与Miropolskii模型、Smith模型和Armand模型偏差较大,均大于30%,在高干度区域偏差较小;基于Armand理论,通过多元线性回归法拟合出本文工况下平均截面含气率的计算关联式,与日本核动力工程公司(NUPEC)的实验数据偏差小于15%。本研究对蒸汽发生器的结构设计和流动特性研究具有重要意义。     

气液两相流中顺列管束涡街特性实验研究

对受气液两相流横向冲刷的顺列管束旋涡脱离特性进行了实验研究。实验中通过测量顺列管束所受升力的频谱特性来确定涡街的脱离频率。实验中来流雷诺数的范围为 1.6× 10 4～ 8× 10 4,截面含气率的范围为 0～ 0 .30 ,横向管间距比 T/ D=1.5、 2 .0、 3.0 ,纵向管间距比 P/ D=2 .0、 3.0、 4.0。实验结果揭示了顺列管束涡街特性和斯特罗哈数随含气率、管间距、两相雷诺数的变化规律     

管束间气液两相流动特性的研究进展

综述了气液两相流体横掠水平管束流动特性的最新进展。对先前研究气液两相流体向上、向下流过顺列和错列管束时的含气率、流型和压降特性进行了归纳和分析,详细介绍了绝热条件下基于实验结果建立的流型图、预测含气率和摩擦压降的半经验公式以及各种预测方法的差异。最后,表明发展数据和建立模型仍是绕流研究的重点。     

弹状流液弹区含气率分布的试验研究

采用光纤探针法和高速摄影法对垂直上升气液两相弹状流的液弹区含气率分布进行了试验研究,测试管径为15 mm。一种基于机器学习的图像处理技术用来识别气液两相界面,通过搭建气泡边界提取的神经网路系统,使用构建的气泡边界数据库对模型进行多次迭代训练,该方法可以有效地识别多种复杂类型的气泡边界。试验得到了弹状流液弹区的径向含气率分布曲线,结果表明,壁峰分布是液弹区含气率分布的主要形式,其中泰勒气泡的尾迹效应对分布形式有重要影响,尾迹的旋涡中心和含气率分布的峰值相对应。针对弹状流液弹区径向含气率分布的两个主要特征——中心局部含气率和壁峰位置,分别提出了相应的预测公式,且与本文的试验数据吻合良好。     

无泄漏的管壳式换热器壳侧局部含气率的研究

在常温常压下 ,应用电导探针对无泄漏的TEMA -E型管壳式换热器壳侧气液两相流的局部含气率进行了测量 ,研究发现在壳侧错流区折流板的迎流面和背流面附近 ,气液分布有着明显的差异 ,而且两者均不等同于错流区中心区域的气液分布。通过对局部含气率的加权体积积分得到了体积平均含气率 ,并采用马蒂内利参数及全液相佛鲁德数进行关联 ,得到的关联式与实验数据较吻合     

气液两相绕流错列管束升力特性的数值模拟

采用混合物模型和RNGk-c紊流模型对气液两相绕流错列圆柱管束升力特性进行了数值模拟。重点研究了节距比、含气率和雷诺数对升力功率谱的影响。结果表明：节距比增大,功率谱峰值增加,节距比为1．5时中间管排出现“双稳态现象”;含气率增加,功率谱峰值减小直至没有峰值,涡街消失;雷诺数增加,功率谱峰值减小;下游圆柱功率谱峰值较中间管排峰值大。模拟结果与实验结果基本吻合,旋涡脱落频率误差为1．03％。     

组合式液固分布器中预分布器结构优化

介绍了一种用于液固循环流化床换热器中的组合式固液分布器。利用体积容积法、U形管压差计和刻度尺研究了固液预分布器的结构形式在不同表观液速和液体黏度下对各管束中的固含率、下管箱静压降及床层高度的影响。采用标准差函数进一步衡量了管束间固含率的均匀程度。实验结果表明,双层挡板式预分布器在较低的下管箱静压降和床层高度下能将固体颗粒均匀地分布到各换热管束中。     

流体物性对壳侧不互溶双组分两相流动特性的影响

选用空气-水和空气-柴油2种不互溶双组分两相混合物物系,实验研究了液相物性对管壳式换热器壳侧两相流流型及其转变和两相流动特性的影响.研究表明,液相物性对间歇流向环状流的转变有显著影响,对于向泡状流转变的影响则不如在管内流动明显.研究还表明,液相物性特别是粘度和表面张力对截面含气率和两相摩擦压降有显著影响.     

流体物性对壳侧不互溶双组分两相流动特性的影响

选用空气-水和空气-柴油2种不互溶双组分两相混合物物系,实验研究了液相物性对管壳式换热器壳侧两相流流型及其转变和两相流动特性的影响.研究表明,液相物性对间歇流向环状流的转变有显著影响,对于向泡状流转变的影响则不如在管内流动明显.研究还表明,液相物性特别是粘度和表面张力对截面含气率和两相摩擦压降有显著影响.     

液氮过冷沸腾空泡份额分布规律的研究

为了分析低温流体在过冷沸腾中的相分布特性,对液氮在竖直圆管内的过冷沸腾过程进行了CFD数值模拟。通过修正气泡参量模型和改变过程的操作参数,系统地分析了空泡份额在加热上升管内的分布情况。结果表明,气液相间的热质传递决定着空泡份额的分布,截面平均空泡份额沿轴向非线性递增,沿径向呈U形分布。轴向截面平均空泡份额随着热流密度的增大而增大,随着入口质量流率和过冷度的增大而减小。     

摇摆条件下圆管内过冷沸腾局部空泡时空分布特性

过冷流动沸腾在核能、动力、化工等工业领域广泛存在,局部空泡分布特性的准确预测对构建两相流数理模型及两相流动压降和传热特性计算均具有重要意义。实验借助光学探针测量手段研究摇摆条件下圆管内过冷沸腾局部空泡分布特性,并提出多周期同相位叠加方法获得摇摆运动条件下局部瞬时空泡份额。实验结果表明:摇摆条件下圆管内局部空泡分布呈现周期性波动规律,摇摆条件下圆管轴心区及近壁区均会出现局部空泡份额峰值,且流道近壁区局部空泡份额波动幅度最大;与静止条件下不同,摇摆运动周期内过冷沸腾局部空泡份额空间分布形态随时间发生变化;摇摆周期和摇摆角度对过冷沸腾局部空泡分布特性也存在一定影响。     

基于MUSIG模型的竖直圆管内液氮过冷沸腾数值模拟研究(英文)

Multiple size group （MUSIG） model combined with a threedimensional twofluid model were em ployed to predict subcooled boiling flow of liquid nitrogen in a vertical upward tube. Based on the mechanism of boiling heat transfer, some important bubble model parameters were amended to be applicable to the modeling of liquid nitrogen. The distribution of different discrete bubble classes was demonstrated numerically and the distribu tion patterns of void fraction in the wallheated tube were analyzed. It was found that the average void fraction in creases nonlinearly along the axial direction with wall heat flux and it decreases with inlet mass flow rate and sub cooled temperature. The local void fraction exhibited a Ushape distribution in the radial direction. The partition of the wall heat flux along the tube was obtained. The results showed that heat flux consumed on evaporation is the leading part of surface heat transfer at the rear region of subcooled boiling. The turning point in the pressure drop curve reflects the instability of bubbly flow. Good agreement was achieved on the local heat transfer coefficient aalnst experimental measurements, which demonstrated the accuracy of the numerical model.     

Viscosity and rheological behavior of microbubbles in capillary tubes

The viscosity of microbubbles has been measured in capillary tubes. Experiments were conducted in tubes of different diameters and lengths, with a constant microbubble concentration. The effects of bubble void fraction and size distribution on the viscosity of microbubbles were also investigated. Microbubbles demonstrate shear‐thinning non‐Newtonian behavior. The viscosity of microbubbles decreases with a decrease in tube diameter and bubble void fraction, and with an increase in tube length. Although viscosity changes with tube dimensions, the flow index (n^′) is only influenced by the microbubble void fraction. It is also found that bubble size distribution in the range (1–12 µm) used in this study does not affect the viscosity of microbubbles. The data were then used to develop a correlation to predict viscosity of microbubbles, which represents the experimental viscosity data with an absolute average relative deviation less than 1.3%. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 60: 2660–2669, 2014     

基于MUSIG模型的低温流体过冷沸腾数值模拟

在低温泡状流中,鉴于液相中离散的气泡尺寸大小不一,文中将MUSIG模型应用于低温流体过冷沸腾计算中。通过模拟液氮在竖直圆管内过冷流动沸腾过程,对各尺寸组气泡的分布、轴向空泡份额的分布规律及流动不稳定性进行了分析。计算结果表明:各尺寸组气泡在壁面和中心区呈现不同的分布规律;平均空泡份额沿轴向呈非线性递增变化;由于流型的转变,管内压降将出现突变。     

高温高压下用光纤探针测量截面含汽率的实验研究

引　言在研究两相流的流型转换、摩擦压降等性能时 ,两相流截面含汽率是一个极其重要的参数 ,一旦知道了两相流的截面含汽率便可求得两相混合物的平均密度、计算压力梯度、分析管内流动状况等 .它的测量是否准确直接关系到计算结果的正确性和设备运行的可靠性 .光纤传感器是纤维光学领域中的新技术 ,利用其对汽水折射率不同的特点可进行截面含汽率的测量 .光纤探针有很好的响应和性能 ,在高性能的数据采集板和计算机帮助下 ,对信号的处理也很方便 .本文应用法国ＲＢＩ公司耐高温高压的光纤探针测量圆管含汽率的变化规律 .应用光纤探针测得管…