竖直管内弹状流向搅混流转变界限的判定

本文对两种不同管径的竖直管内弹状流向搅混流转变界限的判定进行了实验研究.实验发现,在弹状流向搅混流转变的过程中,管内压力会随气体流量的增加出现先降低后上升的非单调性变化.通过对管内压力和摩阻变化的理论分析,并在可视化观察的基础上,提出压力变化曲线的转折点即为搅混流产生的起始点.然后根据实验数据,绘出两种不同管径下的搅混流转变界限.     

竖直圆管内空泡份额径向分布特性形成机制

在常温常压下,采用光纤探针测量方法对垂直上升大圆管中空气-水两相流动的空泡份额径向分布特性及形成机制进行研究。实验选用圆管直径为100 mm,气相、液相折算速度的范围分别为0.004~0.053 m/s和0.071~0.213 m/s。结果表明空泡份额径向分布随着气-液流量的不同,呈现出"核峰"或"壁峰"型分布特点;通过分析气泡所受到的横向升力和壁面力,表明二者对气泡横向运动的综合作用是造成空泡份额径向分布呈现出"核峰"或"壁峰"型分布的主要原因。     

矩形通道内泡状流-弹状流转变判定准则研究

以空气和去离子水为工质,对竖直矩形通道内两相流流型特性进行实验研究;矩形通道的横截面为1.41mm×40 mm和10 mm×40 mm,实验压力为常压,气、液相表观速度分别为0.015⁰.59 m/s和0.0250.59 m/s和0.025³.74 m/s。利用获得的实验数据及文献数据,对4种典型泡状流-弹状流转变判定准则进行评价,结果表明4种准则都存在一定局限性。从实验数据及文献数据可以看出,泡状流-弹状流转变临界空泡份额为通道窄边与宽边比(宽高比s/w)的函数。为此,以当量直径10 mm为界,分别提出临界空泡份额计算关系式,从而得到修正转变判定准则。与本文及文献中实验数据的比较,修正准则较4种典型准则精度和适用性有一定提高。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

多孔介质通道中单相流动压降预测模型

与常规管通道相比较,流体在多孔介质通道中的流动过程更复杂,流动阻力也大幅增加,这就使得难以准确预测流体流过多孔介质通道时的压降。通过构建多孔介质通道的几何模型,并求解N-S方程,虽然可以准确预测阻力压降,但计算时需要划分大量的网格,很难广泛应用。本文在相似理论基础上,以Fluent 6.3为平台,建立了颗粒填充多孔介质通道的压降预测模型,通过求解3维N-S方程,对模型中单相水的绝热流动进行了数值模拟。通过与实验结果进行比较,证明该预测模型对于不同工况下单相流体的压降计算具有较高的计算精度,误差范围小于5%。     

窄缝环形流道单相摩擦阻力特性实验研究

以水为工质,对间隙为0．57～3．08mm的水平窄缝环形流道阻力特性进行了实验研究,实验范围包括层流区和紊流区,仔细观察测量了流态转捩点,将实验结果与传统的阻力计算公式进行了对比,分析了流道几何尺寸和偏心度对阻力特性的影响。结果发现,紊流区阻力与普通流道基本相同,但层流区阻力的数值和变化趋势在流道间隙比较小时与理论值之间存在明显差异,流态转捩点也有所提前。