搖擺狀態(tài)下氣水兩相流流型及阻力特性研究.pdf

1、兩相流動(dòng)廣泛存在于一些動(dòng)力裝置的換熱器中，而對(duì)于在海洋條件下運(yùn)行的動(dòng)力設(shè)備，受海浪的作用會(huì)產(chǎn)生傾斜、起伏和搖擺，使設(shè)備以及連接管路的方位發(fā)生變化，這樣必然會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響。為此，本文以空氣和水為實(shí)驗(yàn)工質(zhì)，在常溫和常壓下，對(duì)搖擺狀態(tài)下水平和豎直管內(nèi)的氣液兩相流流型及壓降特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究及理論分析。
　　 在進(jìn)行兩相流實(shí)驗(yàn)之前，首先以水為工質(zhì)，對(duì)搖擺狀態(tài)下水平和豎直管內(nèi)單相流動(dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)改變管徑、雷諾數(shù)

2、、搖擺幅值和搖擺周期，分析了這些因素對(duì)搖擺狀態(tài)下的單相摩擦系數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同于非搖擺條件下管內(nèi)流動(dòng)，搖擺狀態(tài)下的單相摩擦系數(shù)呈現(xiàn)周期性的變化，其變化周期等于搖擺周期，其波動(dòng)幅值與雷諾數(shù)、管徑和搖擺幅值有關(guān)。在上述基礎(chǔ)上，通過(guò)量綱分析，引入反映搖擺影響的無(wú)量綱量—搖擺雷諾數(shù)，用多元回歸的方法得出了適合于搖擺條件下單相水摩擦系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式。
　　 對(duì)搖擺狀態(tài)下水平布置的有機(jī)玻璃管內(nèi)氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究。通過(guò)

3、可視觀察和壓差波動(dòng)特征的分析，給出了搖擺狀態(tài)下水平管內(nèi)兩相流型的種類及其特征。通過(guò)與非搖擺條件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，表明搖擺對(duì)水平管內(nèi)兩相流動(dòng)的影響很大：在低液流量區(qū)，一個(gè)完整的搖擺周期內(nèi)存在兩種流動(dòng)特征(分層流和間歇流)，占據(jù)流型圖的大部分區(qū)域；在高液相或氣相區(qū)，由于慣性作用增強(qiáng)，搖擺的影響減弱，出現(xiàn)類似于非搖擺時(shí)的泡狀流、間歇流和環(huán)狀流。通過(guò)對(duì)搖擺狀態(tài)下氣泡受力分析和引入有效重力加速度，在非搖擺狀態(tài)下流型轉(zhuǎn)換模型的基礎(chǔ)上，建立了適合搖擺狀

4、態(tài)的分散泡狀流向不穩(wěn)定流型或間歇流和環(huán)狀流向間歇流/分層流轉(zhuǎn)換邊界關(guān)系式，并將其與本文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及Barnea和Kokal模型進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)新建立的模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)比Barnea和Kokal模型效果更好。在此基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步地分析了搖擺周期和搖擺幅值對(duì)流型轉(zhuǎn)換邊界的影響。
　　 對(duì)搖擺狀態(tài)下豎直管內(nèi)兩相流動(dòng)進(jìn)行可視化研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：搖擺狀態(tài)下流型分類與非搖擺條件下的類似，主要有泡狀流、彈狀流、攪混流和環(huán)狀流四種流型。在

5、充分考慮搖擺狀態(tài)下流型的特征，運(yùn)用兩相流動(dòng)分析，對(duì)泡狀流向彈狀流轉(zhuǎn)變，彈狀流向攪混流轉(zhuǎn)變及攪混流向環(huán)狀流轉(zhuǎn)變進(jìn)行了深入分析，給出了預(yù)測(cè)搖擺狀態(tài)下豎直管內(nèi)氣液兩相流型的轉(zhuǎn)換模型，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合的較好。繪制了以氣相和液相折算流速為橫縱坐標(biāo)的流型圖，重點(diǎn)分析了管徑、搖擺周期、搖擺幅值對(duì)流型轉(zhuǎn)變的影響。同時(shí)為了便于比較搖擺對(duì)流動(dòng)的影響，進(jìn)行了非搖擺狀態(tài)下豎直管內(nèi)兩相流實(shí)驗(yàn)，分析了兩種狀態(tài)下流型轉(zhuǎn)換邊界的差異。
　　 最后，分析研究