光纖探針在兩相流局部特性研究中的應用.pdf

1、兩相流動中的界面結構對相間的界面輸運和傳熱非常重要。而截面含氣率和界面面積濃度(Interfacial Area Concentration,IAC)是分析兩相流熱工水力特性的重要幾何參數(shù)。并且在兩流體模型中,IAC表征了相間發(fā)生質(zhì)量、動量和能量有效傳輸面積的大小,對實際工程應用中的傳熱傳質(zhì)及熱力分析起著重要的作用。
　　利用光纖探針測量技術獲取了豎直管內(nèi)空氣-水兩相流動的局部截面含氣率、界面面積濃度(IAC)等參數(shù)信息。實驗選用

2、的圓管直徑為100mm和50mm(分別屬于大管徑和過渡管徑范圍),首先通過對比分析不同管徑內(nèi)IAC、截面含氣率等分布特性,得到了管徑的尺度效應對氣泡行為的影響規(guī)律。通過對比100mm管徑內(nèi)高徑比L/D=2與L/D=29軸向位置的IAC、截面含氣率、氣泡頻率等分布特性,發(fā)現(xiàn)IAC、截面含氣率在L/D=2處呈現(xiàn)核峰分布,在L/D=29處,低氣流速時呈現(xiàn)壁峰分布,隨著氣流速增大轉(zhuǎn)變?yōu)楹朔宸植肌?br>　　利用獲得的IAC、截面含氣率實驗數(shù)據(jù),

3、對現(xiàn)有的IAC、截面含氣率計算模型進行了評價和分析,發(fā)現(xiàn)Hibiki-Ishii(2002)與Hibiki-Ishii(2003)模型分別能夠較好的預測IAC和截面含氣率實驗結果,誤差分別為13.1％、10.1%,并基于Hibiki-Ishii(2002)模型,通過實驗數(shù)據(jù)擬合,得到了計算精度更高的IAC計算關系式?；诮孛婧瑲饴首兠芏饶Ｐ?具體給出了平均IAC與中心截面含氣率的關系式。通過與本實驗和其他研究者實驗數(shù)據(jù)的比較,表明新關系

4、式具有較高的計算精度。
　　通過氣泡的受力分析,發(fā)現(xiàn)升力和湍流擴散力的綜合作用決定了氣泡的徑向運動情況,而且徑向IAC的分布主要受升力的影響;當氣泡直徑大于臨界尺寸(5.7mm)后,升力系數(shù)改變?yōu)樨撝?使得升力方向指向管道中心,進而導致了IAC分布由壁峰型轉(zhuǎn)變?yōu)楹朔逍??；贗shii-Kim(2001)界面輸運模型,分別對徑向、軸向IAC進行了數(shù)值計算,并與本實驗的IAC數(shù)據(jù)符合較好。通過分析四種氣泡作用機理對IAC的影響,發(fā)現(xiàn)工