搖擺狀態(tài)下氣水兩相流流型及阻力特性研究.pdf

1、兩相流動廣泛存在于一些動力裝置的換熱器中，而對于在海洋條件下運行的動力設備，受海浪的作用會產生傾斜、起伏和搖擺，使設備以及連接管路的方位發(fā)生變化，這樣必然會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產生很大的影響。為此，本文以空氣和水為實驗工質，在常溫和常壓下，對搖擺狀態(tài)下水平和豎直管內的氣液兩相流流型及壓降特性進行實驗研究及理論分析。
　　 在進行兩相流實驗之前，首先以水為工質，對搖擺狀態(tài)下水平和豎直管內單相流動特性進行了實驗研究。通過改變管徑、雷諾數(shù)

2、、搖擺幅值和搖擺周期，分析了這些因素對搖擺狀態(tài)下的單相摩擦系數(shù)的影響。實驗結果表明，不同于非搖擺條件下管內流動，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，其波動幅值與雷諾數(shù)、管徑和搖擺幅值有關。在上述基礎上，通過量綱分析，引入反映搖擺影響的無量綱量—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)的實驗關系式。
　　 對搖擺狀態(tài)下水平布置的有機玻璃管內氣液兩相流動進行了實驗和理論研究。通過

3、可視觀察和壓差波動特征的分析，給出了搖擺狀態(tài)下水平管內兩相流型的種類及其特征。通過與非搖擺條件下實驗數(shù)據對比，表明搖擺對水平管內兩相流動的影響很大：在低液流量區(qū)，一個完整的搖擺周期內存在兩種流動特征(分層流和間歇流)，占據流型圖的大部分區(qū)域；在高液相或氣相區(qū)，由于慣性作用增強，搖擺的影響減弱，出現(xiàn)類似于非搖擺時的泡狀流、間歇流和環(huán)狀流。通過對搖擺狀態(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)下流型轉換模型的基礎上，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/分層流轉換邊界關系式，并將其與本文的實驗數(shù)據及Barnea和Kokal模型進行了比較，發(fā)現(xiàn)新建立的模型對實驗結果的預測比Barnea和Kokal模型效果更好。在此基礎上，又進一步地分析了搖擺周期和搖擺幅值對流型轉換邊界的影響。
　　 對搖擺狀態(tài)下豎直管內兩相流動進行可視化研究，實驗結果表明：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，運用兩相流動分析，對泡狀流向彈狀流轉變，彈狀流向攪混流轉變及攪混流向環(huán)狀流轉變進行了深入分析，給出了預測搖擺狀態(tài)下豎直管內氣液兩相流型的轉換模型，其結果與實驗數(shù)據符合的較好。繪制了以氣相和液相折算流速為橫縱坐標的流型圖，重點分析了管徑、搖擺周期、搖擺幅值對流型轉變的影響。同時為了便于比較搖擺對流動的影響，進行了非搖擺狀態(tài)下豎直管內兩相流實驗，分析了兩種狀態(tài)下流型轉換邊界的差異。
　　 最后，分析研究