通過將振動裝置與兩相流實(shí)驗(yàn)回路結(jié)合的方法,對起伏振動狀態(tài)下水平管內(nèi)氣液兩相流問題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。同時基于FLUENT平臺,結(jié)合動網(wǎng)格模型及UDF編程手段,通過數(shù)值模擬的方法,進(jìn)一步擴(kuò)展了研究內(nèi)容:重點(diǎn)考察了振動工況及流體性質(zhì)對壓降和流型轉(zhuǎn)換的影響。研究結(jié)果表明:振動工況下氣液兩相流動形式不同于穩(wěn)態(tài)工況,主要流型有珠狀流、泡彈流、沸騰波狀流、波狀流以及環(huán)狀流。振動影響管內(nèi)壓降,但當(dāng)Re數(shù)大于5 600時,無論是振動頻率還是振動幅度對壓降均沒有很大影響。與穩(wěn)態(tài)工況類似,黏度幾乎不影響流型轉(zhuǎn)換界限,流體處于高黏度狀態(tài)時,振動工況對于流型轉(zhuǎn)化及壓降的影響減弱。振動頻率和振動幅度的增大均使得流型轉(zhuǎn)換界限呈現(xiàn)向外擴(kuò)張的趨勢,且與振動幅度相比,振動頻率的改變對流型轉(zhuǎn)換影響更大。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2019,38(20)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程圖Fig．1Schematicdiagramofexperimentalapparatus

以及船舶航行時所引起的低頻高幅式振動等因素，通過實(shí)驗(yàn)的方法研究了起伏振動狀態(tài)下氣液兩相流型及流型轉(zhuǎn)換界限。同時，利用FLUENT軟件模擬了各種不同振動狀態(tài)下管道內(nèi)流體流動情況，對比了不同工況下流型轉(zhuǎn)換界限的差異性，為后續(xù)動態(tài)條件下管內(nèi)傳熱以及兩相流動的數(shù)學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)，以期對振動狀態(tài)下設(shè)備管道的安全運(yùn)行起到一定的指導(dǎo)作用。1實(shí)驗(yàn)裝置及原理本實(shí)驗(yàn)在兩相流實(shí)驗(yàn)回路基礎(chǔ)上與振動裝置相連接，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)段直徑為35mm的有機(jī)玻璃管，且水平固定于振動臺上，振動裝置如圖2所示，實(shí)驗(yàn)段與振動裝置同步做水平正弦運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)原理參考文獻(xiàn)［17］。圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程圖Fig．1Schematicdiagramofexperimentalapparatus圖2振動裝置示意圖Fig．2Vibrationexperimentalapparatus2數(shù)值計(jì)算2．1物理模型及網(wǎng)格劃分本文依照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用PＲO．E進(jìn)行幾何造型，進(jìn)口管徑r0為27mm，壁厚w0為5mm，通道直徑r1為35mm，管長L為2m。利用ICEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對通道壁面附近網(wǎng)格進(jìn)行邊界層細(xì)化處理，然后將網(wǎng)格導(dǎo)入ANSYSFLUENT15．0進(jìn)行三維計(jì)算。模擬工況之前，對網(wǎng)格進(jìn)行無關(guān)性驗(yàn)證，研究發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格數(shù)對壁面壓力幾乎沒有影響，與Lim等［18］得出的結(jié)論一致。因此，通過比較不同網(wǎng)格劃分時穩(wěn)態(tài)工況下通道內(nèi)彈狀流的氣泡長度，最終確定本文采用網(wǎng)格數(shù)為396000的非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算。幾何模型及網(wǎng)格分布，如圖3所示。圖3幾何模型及網(wǎng)格劃分Fig．3Geometricmodelandmeshgeometry2．2控制方程及邊界條件本文基于FLUENT平臺，采用CLSVOF模型進(jìn)行計(jì)算追蹤流體界面變化情

???管徑r0為27mm，壁厚w0為5mm，通道直徑r1為35mm，管長L為2m。利用ICEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對通道壁面附近網(wǎng)格進(jìn)行邊界層細(xì)化處理，然后將網(wǎng)格導(dǎo)入ANSYSFLUENT15．0進(jìn)行三維計(jì)算。模擬工況之前，對網(wǎng)格進(jìn)行無關(guān)性驗(yàn)證，研究發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格數(shù)對壁面壓力幾乎沒有影響，與Lim等［18］得出的結(jié)論一致。因此，通過比較不同網(wǎng)格劃分時穩(wěn)態(tài)工況下通道內(nèi)彈狀流的氣泡長度，最終確定本文采用網(wǎng)格數(shù)為396000的非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算。幾何模型及網(wǎng)格分布，如圖3所示。圖3幾何模型及網(wǎng)格劃分Fig．3Geometricmodelandmeshgeometry2．2控制方程及邊界條件本文基于FLUENT平臺，采用CLSVOF模型進(jìn)行計(jì)算追蹤流體界面變化情況，其控制方程及邊界條件設(shè)置詳見參考文獻(xiàn)［19］。同時利用UDF編程手段，在動網(wǎng)格模型下實(shí)現(xiàn)起伏振動工況下的模擬。每次模擬過程中，為保證收斂，需適當(dāng)調(diào)整時間步長和松弛因子。在動網(wǎng)格模型中，任一控制體V內(nèi)，其邊界是運(yùn)動的，動量方程［20］為:?u?t+?［ρ(ux－vx)u］?x+?［ρ(uy－vy)u］?y=(f－a)+1ρ??x－p+2μ?ux?[()]x+??yμ?ux?y+?uy?()xi+1ρ??y－p+2μ?uy?[()]y+??xμ?ux?y+?uy?()xj(1)2振動與沖擊2019年第38卷

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微尺度方波射流沖擊陣列的傳熱特性研究[J]. 呂遠(yuǎn)征,夏國棟,陳永昌.  振動與沖擊. 2018(06)
[2]液體晃動對槽罐車擺振系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)的影響分析[J]. 李金輝,盧劍偉,姜俊昭,張磊.  振動與沖擊. 2018(02)
[3]起伏振動狀態(tài)下傾斜管氣液兩相流型實(shí)驗(yàn)研究[J]. 周云龍,李珊珊.  原子能科學(xué)技術(shù). 2018(02)
[4]基于多點(diǎn)噪聲分析的離心泵早期汽蝕故障診斷[J]. 周云龍,呂遠(yuǎn)征.  振動與沖擊. 2017(07)
[5]振動工況下環(huán)管內(nèi)氣液兩相流參數(shù)分布實(shí)驗(yàn)研究[J]. 肖秀,朱慶子,王冠軼,陳紹文,張亞軍,賈海軍,Mamoru Ishii.  原子能科學(xué)技術(shù). 2017(01)
[6]水平管內(nèi)氣液兩相流誘導(dǎo)振動的數(shù)值研究[J]. 馬曉旭,田茂誠,張冠敏,冷學(xué)禮.  振動與沖擊. 2016(16)
[7]氣液兩相流問題的高精度數(shù)值模擬[J]. 覃柏英,林賢坤,榮吉利,馮志偉.  振動與沖擊. 2016(09)
[8]大流量下傾斜管氣液兩相流實(shí)驗(yàn)研究[J]. 周世忠,朱琳,張陽波,鄭為.  當(dāng)代化工. 2016(03)
[9]搖擺工況下窄矩形通道內(nèi)兩相沸騰摩擦壓降特性[J]. 陳沖,高璞珍,余志庭,陳先兵.  化工學(xué)報(bào). 2015(10)
[10]不同重力下90°彎管內(nèi)氣液兩相流流型及流動特性研究[J]. 劉趙淼,劉佳,申峰.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(02)



本文編號：3574076