摇摆运动对弹状流向搅拌流转变边界的影响研究

流型的精确识别对于改进两相压降的计算精度有重要意义。本文利用静止时实验数据对现有弹状流向搅拌流的转变准则进行了验证评价。在此基础上选择符合最好的转变准则，引入摇摆运动产生的瞬变外力场，构建了摇摆条件下弹状流 搅拌流转变准则，利用摇摆条件下的实验数据进行了验证。对转变准则进行分析，结果表明，在现有工况范围内，随摇摆振幅的增大，弹状流向搅拌流转变略有提前，而摇摆周期对流型转变的影响可忽略。     

竖直管内弹状流向搅混流转变界限的判定

本文对两种不同管径的竖直管内弹状流向搅混流转变界限的判定进行了实验研究.实验发现,在弹状流向搅混流转变的过程中,管内压力会随气体流量的增加出现先降低后上升的非单调性变化.通过对管内压力和摩阻变化的理论分析,并在可视化观察的基础上,提出压力变化曲线的转折点即为搅混流产生的起始点.然后根据实验数据,绘出两种不同管径下的搅混流转变界限.     

基于漂移流模型的矩形通道内泡状流-弹状流转变准则

以空气和水为工质,对竖直向上矩形通道(40 mm×1.41 mm,40 mm×10 mm)两相流流型特性进行了可视化研究。气液相表观速度分别为0.01~0.59 m/s和0.02~3.72 m/s。基于3个经典的泡状流向弹状流转变准则,考虑矩形通道的尺寸效应,导出了泡状流向弹状流转变时的临界空泡份额为0.23。以窄边宽度2.5 mm为界,将矩形通道分为小通道和常规通道两类,对泡状流向弹状流转变准则进行修正,修正准则能很好地预测实验值。为进一步验证修正准则的准确性和适用性,将修正准则与Mishima、Wilmarth和Sadatomi等的实验数据进行了对比,结果显示修正准则同样具有较好的预测效果。     

摇摆状态下气液两相流流型转变的实验研究

通过可视化观察和数码照片对摇摆状态下光滑有机玻璃管内气液两相流流型进行分类和定义,并分析了不同管径、摇摆角度以及摇摆周期对流型之间转变的影响.结果表明:在液相折算流速一样的情况下,管径增加、摇摆周期缩短或摇摆角度减小会使得环状流形成需要更高的气体折算流速;弹状流向搅混流转变所需气相流量则随着管径的减小、摇摆周期的增加或摇摆角度的减小而增加.而在气相折算流速一样的条件下,管径增加、摇摆周期缩短或摇摆角度增大会使泡状流产生需要更高的液相流量.     

摇摆状态下竖直管内弹状流单元物理模型解析

通过建立质量守恒方程和弹状流稳定存在条件等方程,对摇摆状态下竖直管内充分发展的弹状流单元物理模型进行解析.在此基础上,给出摇摆状态下弹状流平均空泡份额计算关系式,并与实验值进行比较,结果符合较好.因此,该弹状流单元物理模型是进一步分析摇摆状态下弹状流流动特性的基础.     

摇摆状态下窄矩形通道内两相流流型特性研究

以空气和水为工质,在40mm×1.6mm的窄矩形通道内对竖直状态和摇摆状态下两相流流型进行了研究。流型由拍摄照片辨别,实验通道内观察到的流型有泡状流、弹状流、搅混流和环状流,绘制出窄矩形通道内的流型图,并与常规尺寸圆管内两相流型进行了对比。摇摆对窄矩形通道内流型的影响与常规尺寸圆管相似,但由于狭小空间的限制及表面张力的作用,摇摆对两相流动并无明显影响。     

棒束通道内气液两相流流型的实验研究

常温、常压条件下,在7×7矩形截面棒束通道内进行了垂直向上气液两相流动实验,气液两相折算速度的变化范围分别为0.04~14 m/s和0.238~1.860 m/s。实验中用高速摄像仪对流型进行记录,观察到了泡状流、泡状-搅混流、搅混流和搅混-环状流4种流型,发现搅混流是主要流型,并对Hewitt流型图的界限进行了修正。分析实验数据发现,摩擦压降在泡状流和搅混流区域的变化是相反的。根据实验数据,参考前人的研究得到棒束通道中泡状流向搅混流转变的边界。     

Vertically Downward Two-Phase Flow, (II)

Following Part (I) of the present paper, which presented the experimental results obtained on the void distribution and average void fraction shown by nearly fully-developed, vertically downward two-phase flow of air-water mixture, this Part (?) covers the flow regime transition criteria among the three basic flow regimes : bubbly, slug and annular flows. The annular flow further was divided into two subregions of falling film flow and annular drop flow. The general situation of the transition criteria is as follows : (1) bubbly-to-slug flow transition occurs when the local void fraction in the central region of the tube is 0.3; (2) slug-to-annular drop flow transition criterion is given as a case which equations giving average void fraction for the slug flow and the annular flow are simultaneously satisfied; (3) slug-to-falling film flow transition occurs when the pressure difference between the crest of large wave and the bottom overcomes the surface tension; (4) the occurrence of liquid droplets from wave crests gives the transition criterion between the falling film flow and the annular drop flow.

These criteria were correlated to predict each flow regime boundary respectively considering flow mechanisms or from experimental results. The correlations obtained were compared with published flow regime maps for atmospheric air-water flow and showed satisfactory agreement.     

矩形窄通道内泡状流向搅拌流转变预测模型

在池式沸腾Helmholtz失稳模型的基础上,通过进一步的假设,构建流动沸腾条件下矩形窄通道内泡状流向搅拌流流型转变机理模型。基于调研的已有研究成果,得到矩形窄通道内汽泡可能稳定存在的极限尺寸,并由此得到泡状流向搅拌流转变的热边界条件。利用已有实验数据对该机理模型进行评价,该模型在低压条件下与实验数据符合得较好。     

通道尺寸对竖直向上气-水两相流流型影响实验研究

本文以空气和水为工质,对竖直向上矩形通道(40 mm×1.41 mm,40 mm×10 mm)和圆形通道(D=25 mm)内的两相流流型特性进行了可视化研究。气液两相的表观速度分别为：0.03～24.71 m/s和0.03～3.73 m/s。3个实验段内均出现了泡状流、弹状流、搅混流和环状流4种流型,40 mm×10 mm和圆形通道中流型特征较为接近,与40 mm×1.41 mm通道中流型相比存在明显差别。此外,绘制出了3种通道详细的流型图。对比结果显示,矩形通道窄边宽度对流型转变有显著的影响,随着矩形通道窄边宽度的增加,其流型转变边界更加趋近于圆形通道。     

起伏非线性振动下倾斜上升管内气液两相流流型转变分析

本文对不同起伏非线性振动条件下倾斜上升管内气液两相流流型及转变规律进行实验研究，借助高速摄影仪对起伏非线性振动状态下气液两相流的流型进行分类。结果表明，倾斜上升管气液两相流有弥散泡状流、起伏弹状流、准弹状流和液环式环状流4种。对弥散泡状流向起伏弹状流和准弹状流向液环式环状流的转变机理进行分析，在稳定状态转变机理的基础上引入振动参数，建立了考虑振动加速度的关系式。本文建立的流型转变关系式与实验结果吻合较好。     

Analysis of Gas-liquid Two-phase Flow Pattern Transition in Inclined Rising Pipe under Fluctuant Nonlinear Vibration Condition

The flow pattern and transition law of gas-liquid two-phase flow in inclined rising pipe under different fluctuant nonlinear vibration conditions were studied experimentally. The flow patterns of gas-liquid two-phase flow under fluctuant nonlinear vibration condition were identified by using high-speed camera. The results show that there are four kinds of patterns in inclined rising pipe with diffuse bubble flow, fluctuant slug flow, proto slug flow and liquid-ring annular flow. The mechanisms of the transition from diffuse bubble flow to fluctuant slug flow, proto slug flow to liquid-ring annular flow were derived, the vibration parameter was added on the basis of the steady state transition mechanism and the flow pattern transition formulae considering the vibration acceleration were established. The results show that the flow pattern transition formulae established in this paper agree well with the experimental results.     

Flow Regime Transition to Wavy Dispersed Flow for High-Pressure Steam/Water Two-Phase Flow in Horizontal Pipe

A wavy-dispersed flow regime was observed between slug and annular-dispersed flow regimes in TPTF high-pressure steam/water horizontal pipe experiments, employing the video probe visual observation. The onset OF entrainment was identified to cause slug to wavy-dispersed flow transition. The wavy-dispersed flow regime extended towards lower gas flow rates as pressure was increased. Furthermore, it was found that the gas-liquid relative velocity for the onset of entrainment decreases significantly, resulting in decrease in the minimum void fraction. Consequently, the slug flow regime was found to disappear for pressures above 8.6MPa, as observed in the previous TPTF experiments. Applicability of available models and correlations on the onset of entrainment was assessed against the TPTF data. Steen-Wallis parameter correlated the data well when the superficial gas velocity term in this parameter 1s replaced by the gas-liquid relative velocity.     

竖直窄矩形通道气液两相流流型识别研究

在实验研究的基础上,采用小波分析的方法对窄矩形通道内两相流的流型进行有效的识别,为在不可视或不能进行摄影测试技术特殊情况下提供了有效识别方法。通过可视化观察发现,窄矩形通道内两相流流型主要有泡状流、弹状流、搅混流和环状流。采用小波分析法给出了4种流型的功率密度图,并结合每种流型的特征及压差波动特性,对每种流型的频率分布范围及最大能量分布范围给出了界定。因此,利用频率分布特征值及最大能量分布值可对流型进行有效的识别和判定。     

三面加热窄矩形通道内弹状流截面含气率的实验研究

本文以去离子水为实验介质，对截面为3 mm×43 mm的三面加热窄矩形通道内充分发展的弹状流进行实验研究。借助高速摄影仪对弹状流进行可视化实验观察，观察到弹状流的4种演变行为：弹状流充分发展、夹心型弹状流的形成、小汽弹合并成大汽弹、大汽弹合并成加长型弹状流。分析了部分热工参数对弹状流截面含气率的影响，通过引入雷诺数，对三面加热窄矩形通道内弹状流的实验数据进行非线性回归分析，得到适用于三面加热窄矩形通道内弹状流截面含气率的计算关系式。结果表明，新拟合得到的关系式能较准确地预测三面加热窄矩形通道内弹状流的截面含气率，其预测值相对误差为12.36%。     

起伏振动状态下倾斜管气液两相流型实验研究

在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行了实验研究。将振动装置与两相流实验回路相结合，改变管道倾角和振动频率、振幅，分析其对流型转变的影响。研究发现振动条件下的流型与稳态下相比有较大区别，通过对流型分类发现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。绘制流型转换边界图结果表明，倾角的增加使起伏弹状流在流型图中的区域扩张，其他流型的区域相对减小。振动频率和振幅对流型转换边界的影响相似，振动频率和振幅增加会使珠状流和准弹状流区域有所增加。3种变化因素中振动频率对流型转变的影响最大。     

空气-水在垂直非圆截面通道内流型研究

采用可视化方法研究了水力直径分别为15mm和10mm的两种正方形截面、14.43mm的三角形截面以及14mm的圆形截面通道内空气-水垂直上升流动,表观气速0.04～80m/s,表观水速0.001～6m/s.观察到了泡状流、弹状流、块状流、环状流和弥散泡状流等常见流型.此外,在表观气速很大而表观水速很小时,在非圆截面通道内发现了爬动流,证实了非圆截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响,证明截面形状对两相流流型及其转变具有重要影响.由实验得到了流型转变界限,并首次获得了包括爬动流的两相流流型图.比较本文的实验结果及与前人的研究结果对比发现,水力直径的大小对两相流流型的转变具有一定影响.     

振动工况下环管内气液两相流参数分布实验研究

为模拟地震对反应堆堆芯内两相流动的影响,将振动产生装置与实验段结合,并利用电导探针技术实验研究了振动工况下环管内气液两相流局部参数的分布特性。振动装置所采用的偏心轮的偏心距为15.875mm,并可通过调节电机转速获得不同的振动周期。环管实验段内径和外径分别为19.1mm和38.1mm,总长度为2.32m。实验以空气和水为工质,流动工况覆盖了泡状流、弹状流及搅混流等流型。实验结果表明,振动对管内气液两相流局部参数如含气率和界面浓度等分布具有重要影响。随振动周期的减小,管内两相流参数分布发生明显变化。另外振动对低含气率的泡状流影响较大,随含气率的增加,流型逐渐向搅混流过度,振动对两相流参数的影响逐渐减小。     

摇摆状态下水平管内气-水两相流的流型研究

摇摆产生的惯性力以及水平管路发生向上和向下倾斜,会使管道内两相流的流动型式发生变化.本文对直径25mm管内气-水两相流在摇摆周期为15s、摇摆角度为10°状态下的流型进行了实验,研究了气-水两相流在摇摆状态下的流动型式,并给出了流型图.实验结果表明,在一些气-水流量区域,两相流体在一个摇摆周期内存在两种流动型式.     

竖直小通道内弹状流气弹长度的计算模型

针对小通道内弹状流建立了气弹长度计算模型,并结合实验研究,对模型进行验证。可视化实验以空气和水为工质,矩形通道截面尺寸为3.25 mm×43 mm,分气、液相Re范围分别为62~360和1255~3707。结果显示,模型的预测值与实验数据具有较好的一致性,平均绝对误差为26.8%。此外,将Mishima和Cheng等的实验数据与计算模型进行对比,实验段包括矩形通道（40 mm×1.07 mm,40 mm×2.45 mm）和圆形通道（D_e=4 mm）,平均绝对误差为34.9%,说明计算模型具有较好的适用性。