圓管內(nèi)氣液兩相流空泡分布特性

發(fā)布時間：2020-04-02 23:34

【摘要】：在氣液兩相流動中,兩相界面不斷變化,相應(yīng)的流動阻力及傳熱傳質(zhì)特性也隨之改變,在沸騰通道中,局部參數(shù)的改變甚至會帶來傳熱惡化�？张莘蓊~作為熱工水力設(shè)計的重要參數(shù),對計算管內(nèi)兩相流動中的傳熱傳質(zhì)、阻力特性、流型判定、相分布特性、相輸運過程等起著重要作用。船舶以及太空飛行器等,在正�；蚴鹿蔬\行條件時,可能會處于傾斜、搖擺、振動等狀態(tài),一旦系統(tǒng)內(nèi)存在兩相流動時,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制,始終是相關(guān)研究領(lǐng)域的關(guān)注焦點之一。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-水兩相流動中空泡份額徑向分布特性進行了研究,實驗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),與實驗數(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,同時空泡份額呈“壁峰”型分布;在搖擺條件下,湍流擴散力、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

２．１實驗裝置逡逑在豎直、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)分逡逑布特性進行研究，實驗系統(tǒng)如圖２．１。該系統(tǒng)主要由試驗段、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。逡逑空氣逡逑個個個邐＋Ｚ：逡逑氣水分離器逡逑邐邐回水管路邐邋一＾■邋＾力傳感器計算機邋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)量流量計逡逑Ｉ邋ｍｎ逡逑圖２．１實驗裝置簡圖逡逑實驗工質(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提逡逑供。當進行傾斜、搖擺實驗時，由液壓搖擺臺進行控制。逡逑２．２實驗系統(tǒng)和設(shè)備逡逑２．２．１試驗段逡逑試驗段由內(nèi)徑為１００邋ｍｍ或５０邋ｍｍ的有機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的有機玻璃圓管，圖ｂ為內(nèi)徑為５０ｍｍ的有機玻璃圓管。如圖ａ所示，實逡逑驗段長３ｍ，在距離實驗段入口處１．９ｍ及２．７ｍ處分別開有兩個測壓孔Ｐｌ、Ｐ２，用來測量逡逑實驗段內(nèi)兩相流體的壓力特性；距離實驗段入口２．９ｍ處開有一個探針孔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,實驗段,剖面圖