U形管作為基本的流動與傳熱組件廣泛應用在蒸發(fā)器、冷凝器、蒸汽發(fā)生器、汽水換熱器等兩相流熱交換器中。與直管相比,兩相流體在U形管內受到離心力、重力、浮力等作用產(chǎn)生二次流和復雜多變的流動形態(tài),不同流型也會誘導換熱管的振動。這些對換熱器的壓降傳熱及安全性能有重要的影響。因此,研究U形管內兩相流的流動特征、阻力特性以及流體誘導振動特性,可為U形管換熱設備的設計和安全運行提供重要的理論依據(jù)。本文采用實驗研究及理論分析方法,對U形管內氣液兩相流的流動及誘導振動特性進行了系統(tǒng)研究,主要成果如下:搭建了空氣和水兩相流在橫向U形管內流動的實驗臺,研究了 U形管直管內兩相流的流動特性。采用高速攝像儀獲得了 U形彎頭和直管段內的兩相流動圖像,并用壓力傳感器測量了彎頭上下游直管段軸向多測點壓力梯度的變化,結果表明彎頭鄰近直管段的壓力梯度遠大于遠端直管段的壓力梯度;通過分析直管壓力梯度沿軸向的變化規(guī)律,給出了各實驗工況下U形彎頭對直管的無量綱干擾長度Lp/D,發(fā)現(xiàn)實驗范圍內Lp/D<60。同時分析了無量綱干擾長度的影響因素,發(fā)現(xiàn)隨體積含氣率β的增大,Lp/D呈現(xiàn)先緩慢增大而后急劇降低的右偏單峰式分布,且在...

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 管內氣液兩相流流動特性研究進展
        1.2.1 直管內氣液兩相流的流動特性
        1.2.2 U形管內氣液兩相流的流動特性
    1.3 單相流誘導管道振動研究概況
    1.4 氣液兩相流誘導管道振動研究進展
        1.4.1 管外軸向氣液兩相流誘導振動
        1.4.2 管外橫向氣液兩相流誘導振動
        1.4.3 管內氣液兩相流誘導振動
    1.5 本文研究內容
第二章 U形管直管內兩相流流動特性實驗研究
    2.1 實驗系統(tǒng)及裝置
        2.1.1 空氣源流路
        2.1.2 水源流路
        2.1.3 實驗測試段
        2.1.4 可視化系統(tǒng)
        2.1.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
        2.1.6 實驗參數(shù)測量
    2.2 實驗測試方案
        2.2.1 實驗條件
        2.2.2 實驗準備
        2.2.3 實驗步驟
    2.3 實驗數(shù)據(jù)處理方法
    2.4 實驗系統(tǒng)及結果可靠性
        2.4.1 實驗系統(tǒng)可靠性
        2.4.2 實驗結果重復性
        2.4.3 實驗結果不確定度
    2.5 結果與分析
        2.5.1 U形管直管段摩擦壓降與預測模型比較
        2.5.2 U形管前后直管段流動特性比較
        2.5.3 U形彎頭對直管內流體干擾長度
        2.5.4 U形管直管段壓力脈動的軸向傳播特性
    2.6 本章小結
第三章 U形管內氣液兩相流流型的識別
    3.1 實驗方法
        3.1.1 實驗系統(tǒng)與方案
        3.1.2 實驗數(shù)據(jù)處理方法
    3.2 實驗可靠性分析
        3.2.1 實驗結果重復性
        3.2.2 實驗結果不確定度
    3.3 向下流動流型分析
        3.3.1 分層-塞狀流(STP)
        3.3.2 塞狀-泡狀流(PB)
        3.3.3 段塞-波形流(SLW)
        3.3.4 環(huán)狀-波形流(AW)
        3.3.5 環(huán)狀彌散流(AD)
    3.4 向上流動流型分析
        3.4.1 分層-攪拌流(STC)
        3.4.2 塞狀-泡狀流(PB)
        3.4.3 段塞-波形流(SLW)
        3.4.4 環(huán)狀-波形流(AW)
        3.4.5 環(huán)狀彌散流(AD)
    3.5 流型圖分析
        3.5.1 流型圖
        3.5.2 流型圖的比較
    3.6 U形管內流型客觀識別新方法
        3.6.1 流型識別指標
        3.6.2 基于SKEPSD-RMES的流型識別
    3.7 本章小結
第四章 U形管內氣液兩相流壓降特性研究
    4.1 實驗方法
        4.1.1 實驗系統(tǒng)與方案
        4.1.2 實驗數(shù)據(jù)處理方法
    4.2 U形管壓降損失影響因素
        4.2.1 氣液表觀流速對壓降損失的影響
        4.2.2 管徑對壓降損失的影響
        4.2.3 流動方向對壓降損失的影響
    4.3 U形管內壓降損失預測關聯(lián)式
        4.3.1 U形彎頭內壓降預測關聯(lián)式的評價
        4.3.2 U形管內壓降損失預測關聯(lián)式的建立
    4.4 本章小結
第五章 U形管內氣液兩相流誘導振動特性的實驗研究
    5.1 實驗系統(tǒng)及裝置
        5.1.1 實驗測試段
        5.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
        5.1.3 實驗參數(shù)測量
    5.2 實驗測試方案
        5.2.1 實驗條件
        5.2.2 實驗準備
        5.2.3 實驗步驟
    5.3 實驗數(shù)據(jù)處理方法
    5.4 實驗結果可靠性
        5.4.1 實驗結果重復性
        5.4.2 實驗結果不確定度
    5.5 結果與分析
        5.5.1 U形管模態(tài)分析
        5.5.2 U形管內氣液兩相流誘導振動形式
        5.5.3 U形管振動響應的軸向變化規(guī)律
        5.5.4 U形管振動響應的影響因素
        5.5.5 U形管內氣液兩相流誘導振動機制
    5.6 本章小結
第六章 全文總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 不足與展望
參考文獻
致謝
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