矩形通道內氣液兩相彈狀流特性研究.pdf

1、氣液兩相彈狀流具有間歇性和不穩(wěn)定性，是氣液兩相流動中最復雜的流型之一，其廣泛存在于動力工程、石油化工和核工程等領域。矩形通道因其傳熱性能良好、相應設備結構緊湊等優(yōu)點，被廣泛應用于核工程等領域。加深對矩形通道中彈狀流特性的認識，有利于工程設計。
　　借助高速攝像方法，對豎直和傾斜條件下矩形通道內氣液兩相流彈狀流特性開展可視化實驗研究。實驗在常溫常壓下進行，工質為空氣和水。實驗回路開放，采用泵驅動強制循環(huán)。實驗中，共采用了五種不同尺寸

2、的可視化矩形通道實驗段，當量直徑范圍為2.08~15.96mm，高寬比為0.025~0.228。氣相和液相折算速度范圍分別為0.10~2.51m/s和0.16~2.62m/s，傾斜角度（與豎直方向夾角）為0°、10°、20°和30°。
　　通過拍攝的圖像，分析矩形通道中彈狀流特點，通道尺寸和傾斜角度對彈狀流特性的影響。測量豎直矩形通道內靜止水中、流動液體中、彈狀流中平均氣彈速度及穩(wěn)定氣彈速度，傾斜矩形通道內彈狀流中平均氣彈速度及穩(wěn)

3、定氣彈速度實驗數據。分析氣液相流速、傾斜角度和通道尺寸對氣彈速度的影響規(guī)律，建立較為完善的氣彈速度計算關聯(lián)式。分析了彈狀流中液彈結構及氣彈間聚合機理，獲得氣彈速度與其前方液彈長度關系實驗數據。通過分析主流流態(tài)、傾斜角度和通道尺寸對氣彈速度與其前方液彈長度關系的影響，建立較為完善的氣彈速度與其前方液彈長度計算關聯(lián)式。研究氣彈和液彈長度統(tǒng)計規(guī)律，發(fā)現(xiàn)氣彈和液彈長度分布呈對數正態(tài)分布。探討氣液相流速、傾斜角度和通道尺寸對氣彈長度、液彈長度、彈

4、單元頻率和氣彈長度份額的影響規(guī)律及機理。測量通道 III內彈狀流中液膜厚度及速度，分析氣液相流速和傾斜角度對其影響，建立液膜脫離厚度及速度計算關聯(lián)式。
　　通過圖像處理，獲得豎直及傾斜窄矩形通道彈狀流中局部和平均空泡份額、界面面積濃度和索特平均直徑等界面參數。分析氣彈段、液彈段和彈單元局部界面參數橫向分布特性，氣彈段和液彈段局部界面參數軸向分布特性。氣彈段和彈單元局部空泡份額橫向分布分為四種類型：平直型、平直非階躍型、核峰型和核峰