圓管內(nèi)氣液兩相流空泡分布特性

發(fā)布時(shí)間：2020-04-02 23:34

【摘要】：在氣液兩相流動(dòng)中,兩相界面不斷變化,相應(yīng)的流動(dòng)阻力及傳熱傳質(zhì)特性也隨之改變,在沸騰通道中,局部參數(shù)的改變甚至?xí)䦷韨鳠釔夯？张莘蓊~作為熱工水力設(shè)計(jì)的重要參數(shù),對計(jì)算管內(nèi)兩相流動(dòng)中的傳熱傳質(zhì)、阻力特性、流型判定、相分布特性、相輸運(yùn)過程等起著重要作用。船舶以及太空飛行器等,在正�；蚴鹿蔬\(yùn)行條件時(shí),可能會處于傾斜、搖擺、振動(dòng)等狀態(tài),一旦系統(tǒng)內(nèi)存在兩相流動(dòng)時(shí),必然對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此,豎直、傾斜和搖擺等條件下管內(nèi)空泡份額分布特性及其形成機(jī)制,始終是相關(guān)研究領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)之一。本文采用光纖探針測量方法,在豎直、傾斜和搖擺條件下,對直徑為50 mm和100 mm圓管內(nèi)空氣-水兩相流動(dòng)中空泡份額徑向分布特性進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)的溫度和壓力為常溫常壓。局部空泡份額徑向分布隨著氣液流量和傾斜角度的不同,呈現(xiàn)出“核峰”或“壁峰”型分布;隨著傾斜角度的增加,空泡份額徑向分布逐漸由“核峰”、“壁峰”分布向單一“壁峰”分布轉(zhuǎn)變;隨著搖擺幅度的增加,較低氣流下局部空泡份額徑向分布逐漸由“核峰”型分布向“壁峰”型分布轉(zhuǎn)變;相比于豎直條件,搖擺幅度為5°、10°時(shí)截面平均空泡份額相應(yīng)減少了 10.7 %和24.1 %。通過對50 mm圓管內(nèi)單一氣泡徑向受力進(jìn)行分析,建立氣泡受力平衡方程,得到了適用于傾斜條件下壁面力系數(shù)計(jì)算式。借助修正后的壁面力并結(jié)合氣泡徑向受到的升力、浮力重新建立氣泡徑向受力平衡方程,得到不同尺寸氣泡的徑向位置。在傾斜角度為15°、30°,徑向位置0-21 mm范圍內(nèi),與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均誤差為15.6%。通過分析氣泡徑向受到的升力、湍流擴(kuò)散力、壁面力、浮力,初步得到豎直、傾斜、搖擺條件下局部空泡份額徑向呈“核峰”或“壁峰”型分布的形成原因。在豎直條件下,升力、壁面力的共同作用使局部空泡份額徑向分布呈“核峰”或“壁峰”型分布;傾斜條件下,浮力、升力、壁面力的共同作用,使氣泡在“15mmr22mm ”處聚集,同時(shí)空泡份額呈“壁峰”型分布;在搖擺條件下,湍流擴(kuò)散力、浮力、壁面力的共同作用使圓管內(nèi)空泡份額徑向分布隨著搖擺幅度的增加逐漸由“核峰”型向“壁峰”型分布轉(zhuǎn)變。
【圖文】：

純凈水,空氣壓,離心泵,空氣壓縮機(jī)

２．１實(shí)驗(yàn)裝置逡逑在豎直、傾斜、搖擺條件下，對內(nèi)徑為５０＿、１００邋ｍｍ圓管內(nèi)氣液兩相界面參數(shù)分逡逑布特性進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖２．１。該系統(tǒng)主要由試驗(yàn)段、供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、測量逡逑系統(tǒng)及液壓搖擺臺組成。逡逑空氣逡逑個(gè)個(gè)個(gè)邐＋Ｚ：逡逑氣水分離器逡逑邐邐回水管路邐邋一＾■邋＾力傳感器計(jì)算機(jī)邋Ｉ逡逑｜邐旁通管路如…．邐＾邋ｆ邋．卛以逡逑Ｋ＝＝＝＝＝＝＝ｊＪ邐：邐ｉ邋＿邋ＮＩ邋數(shù)據(jù)采集逡逑、型過：倌號轉(zhuǎn)＾＾氣，質(zhì)量流量計(jì)逡逑Ｉ邋ｍｎ逡逑圖２．１實(shí)驗(yàn)裝置簡圖逡逑實(shí)驗(yàn)工質(zhì)為純凈水和空氣，其中純凈水和空氣壓頭分別由離心泵及空氣壓縮機(jī)提逡逑供。當(dāng)進(jìn)行傾斜、搖擺實(shí)驗(yàn)時(shí)，由液壓搖擺臺進(jìn)行控制。逡逑２．２實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和設(shè)備逡逑２．２．１試驗(yàn)段逡逑試驗(yàn)段由內(nèi)徑為１００邋ｍｍ或５０邋ｍｍ的有機(jī)玻璃圓管及氣液混合腔組成，如圖２．２所示，逡逑圖ａ為內(nèi)徑１００ｍｍ的有機(jī)玻璃圓管，圖ｂ為內(nèi)徑為５０ｍｍ的有機(jī)玻璃圓管。如圖ａ所示，實(shí)逡逑驗(yàn)段長３ｍ，在距離實(shí)驗(yàn)段入口處１．９ｍ及２．７ｍ處分別開有兩個(gè)測壓孔Ｐｌ、Ｐ２，用來測量逡逑實(shí)驗(yàn)段內(nèi)兩相流體的壓力特性；距離實(shí)驗(yàn)段入口２．９ｍ處開有一個(gè)探針孔０，用來測量氣逡逑液兩相局部界面參數(shù)。如圖ｂ所示

剖面圖,實(shí)驗(yàn)段,剖面圖