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。     

倾斜对管内上升泡状流局部界面参数分布的影响

采用双头光纤探针法研究了倾斜对圆管内(I.D.50 mm)上升泡状流界面参数径向分布的影响。探针测量的局部界面参数包括局部空泡份额、界面面积浓度(IAC)和局部气泡通过频率。实验以空气和水为工质,表观速度分别为0.002~0.037 m·s^-1和0.072~0.569 m·s^-1;倾斜角度为5°、15°和30°。结果表明,竖直条件下界面参数呈核峰型、壁峰型、中间型及过渡型4种典型的分布。倾斜条件下大量气泡向上部聚集,界面参数分布不对称。中间宽峰向通道上部倾斜,且峰值随倾斜角度增加而增大。同时,下壁面附近峰值被削弱,甚至消失,上壁面附近峰值迅速增大。界面参数沿直径从r_i/R=-0.84到上半部分峰值处逐渐增加,且增加速率随倾斜角度增加而增大。倾斜条件下Sauter直径明显比竖直条件下大。     

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。     

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。     

双泵并联给水系统切换方式模拟研究

建立双泵并联给水系统模型,对双泵切换过程中三种不同切换方式进行模拟研究,第一种切换方式为先启动备用泵后关闭运行泵、第二种方式为先关闭运行泵后启动备用泵、第三种方式为同时进行操作.通过试验验证了模型的准确性.模拟结果表明:第一种切换方式条件下系统流量失水量最小,第三种切换方式条件下系统流量波动最小;相同切换方式条件下,双泵切换时间间隔越短,系统流量波动越小,系统恢复稳定时间越短.在实际情况中,要尽量缩短双泵切换时间间隔.     

倾斜圆管内泡状流空泡份额特性实验研究

采用光纤探针测量方法对倾斜圆管(内径为50 mm)内空气-水两相泡状流空泡份额分布特性进行实验研究。结果表明,截面平均空泡份额随倾斜角度的增加而减小,倾斜角度大于5°时减小速率明显减慢;竖直条件下空泡份额径向分布呈"马鞍形",即空泡份额除在近壁区出现峰值然后迅速降低到最小值外,在其他区域几乎不随位置发生变化;倾斜条件下气泡明显向上壁面聚集,中心线上方近壁区空泡份额峰值增加,中心线下方近壁区空泡份额峰值被削弱,倾斜角度较大时甚至消失。     

倾斜窄矩形通道中气弹运动速度

利用高速摄像系统,对4种倾角下窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流进行了可视化研究。实验中发现,低流速时,倾斜条件下,由于浮力的影响,气弹头部偏离管道中心,头部变尖,因而气弹运动速度加快,系数C₀随倾角增加而减小,漂移速度V₀呈相反变化趋势;高流速时,流动趋于稳定,倾角对气弹速度影响不显著,对C₀和V₀影响较小。通过实验数据评价了竖直条件下4种气弹速度计算关联式。以Froude数3.5为界,分别提出了倾斜条件下C₀和V₀计算关联式。     

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。     

摇摆运动时窄矩形通道内两相流动阻力特性实验研究

摇摆运动作为一种典型的海洋条件,会对管内的气液两相流动过程产生较大影响.通过摇摆条件下空气-水在窄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.实验在常温常压条件下进行,通道尺寸为40 mm×1.6 mm,摇摆角度分别为10°、15°和30°,摇摆周期分别选为8、12、16 s.实验结果表明,摇摆条件下瞬态摩擦压降的变化具有明显的周期性,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;摩擦压降波动幅度随着含气率的增加而增加,随着流速的增加而减小.     

竖直大圆管内两相流界面分布机理

采用光纤探针测量方法对垂直上升管中空气-水两相泡状流界面分布特性进行了研究。实验选用的圆管直径为100 mm,气相、液相表观速度的范围分别为 0~0.1 m·s^-1和0~1.0 m·s^-1。获得了界面面积浓度(IAC)、截面含气率、气泡直径等分布规律。通过气泡的受力分析,发现升力和湍流扩散力的综合作用导致了气泡的径向运动,而且升力对径向IAC分布的影响占主导地位;当气泡直径超过临界尺寸(5.7 mm)后,升力系数变为负值,使得升力指向管中心,进而导致了IAC分布由壁峰型向核峰型分布的转变。