竖直圆管内泡状流空泡份额径向分布实验研究

常温常压下,采用光学探针测量方法,对圆管（内径50 mm）内空气 水两相竖直向上泡状流空泡份额的径向分布特性进行了实验研究。结果表明,竖直圆管内泡状流空泡份额的径向分布随气液两相表观流速不同而变化。液相流速较高时空泡份额分布呈“壁峰型”,即中心区域变化平缓,近壁区出现峰值后迅速降低;液相静止时,随气相流速增加,空泡份额增加速度沿径向向外逐渐减小,气相流速较大时分布呈“核峰型”,即空泡份额随径向位置向外呈减小趋势;液相流速较低时分布呈现出过渡型。探针测量面积加权平均空泡份额与通过重位压降得到的空泡份额的相对偏差小于10%。     

倾斜管内上升泡状流界面参数分布特性实验研究

采用双头光纤探针对倾斜圆管内空气-水两相泡状流界面参数分布特性进行了实验研究,包括局部空泡份额、气泡通过频率、界面面积浓度及气泡当量直径径向分布特性。实验段内径为50 mm,液相表观速度为0.144 m/s,气相表观速度为0~0.054 m/s。结果表明倾斜管内向上泡状流气泡明显向上壁面聚集。局部界面浓度、空泡份额及气泡通过频率径向分布相似。倾斜条件下局部界面参数分布下壁面附近峰值相对于竖直状态被削弱甚至消失,上壁面附近峰值被加强,中间区域从下壁面往上逐渐增大,且随倾斜角度的增加变化更加剧烈。气泡等价直径随径向位置、气相速度及倾斜角度的不同无明显变化,气泡聚合和破碎现象较少发生。通过气泡受力分析解释了倾斜对泡状流局部界面参数分布的影响机理。     

摇摆运动下矩形窄通道内摩擦压降特性研究

以水为工质,进行了摇摆运动下矩形窄通道内单相与流动沸腾阻力实验,获得了摇摆运动下瞬态压降波动规律,并对摇摆运动影响压降波动的机理进行了分析。摇摆运动使摩擦压降产生周期性波动,单相流动时,随系统流量、工质温度的升高,摇摆对压降波动的影响越发减弱;流动沸腾时,摇摆运动通过改变系统空间位置使压降呈明显的周期性波动,其波动幅度随出口含气率、系统流量、摇摆周期和角度的增大而增大,随系统压力的增大而减小。     

倾斜窄矩形通道中气弹运动速度

利用高速摄像系统,对4种倾角下窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流进行了可视化研究。实验中发现,低流速时,倾斜条件下,由于浮力的影响,气弹头部偏离管道中心,头部变尖,因而气弹运动速度加快,系数C₀随倾角增加而减小,漂移速度V₀呈相反变化趋势;高流速时,流动趋于稳定,倾角对气弹速度影响不显著,对C₀和V₀影响较小。通过实验数据评价了竖直条件下4种气弹速度计算关联式。以Froude数3.5为界,分别提出了倾斜条件下C₀和V₀计算关联式。     

竖直大圆管内两相流界面分布机理

采用光纤探针测量方法对垂直上升管中空气-水两相泡状流界面分布特性进行了研究。实验选用的圆管直径为100 mm,气相、液相表观速度的范围分别为 0~0.1 m·s^-1和0~1.0 m·s^-1。获得了界面面积浓度(IAC)、截面含气率、气泡直径等分布规律。通过气泡的受力分析,发现升力和湍流扩散力的综合作用导致了气泡的径向运动,而且升力对径向IAC分布的影响占主导地位;当气泡直径超过临界尺寸(5.7 mm)后,升力系数变为负值,使得升力指向管中心,进而导致了IAC分布由壁峰型向核峰型分布的转变。     

摇摆对自然循环流动和换热影响的实验研究

针对摇摆条件下单相水自然循环流动和换热特性进行实验研究。实验结果表明,相对于不摇摆工况,摇摆条件下自然循环的流量减小。摇摆的频率和振幅增加时,流量相应减小,换热能力增强。通过实验数据的拟合得出了适用于个别摇摆条件下自然循环流量和换热的经验关系式。     

矩形小通道内空气-水两相流动均相流模型研究

在机玻璃竖直矩形通道内,以空气和去离子水为工质获得实验数据。据此对竖直矩形小通道内均相流模型的适用性进行评价。结果表明,采用McAdams两相粘度时均相流模型及Chen等提出的修正均相流模型能较好用于1.41 mm间隙通道压降的预测,平均绝对误差分别为10.92%和12.20%;采用McAdams两相粘度时均相流模型对于3 mm间隙通道在两相雷诺数Re大于6000时平均绝对误差为10.04%,但气-液两相Re较低时预测偏差较大。通过实验数据分析得到了均相流模型适用于3 mm间隙通道的范围;针对两相Re较低的区域拟合得到了新的经验关系式,其预测值与实验值符合较好。     

竖直大圆管内两相流动界面输运过程研究

采用光纤探针测量方法研究了垂直上升管中空气-水两相流动的局部界面面积浓度（IAC）和空泡份额等分布规律。实验选用的圆管直径为100 mm,气相、液相表观速度的范围分别为0～0.1 m/s和0～1.0 m/s。结果发现,影响径向IAC分布的因素主要为气泡通过频率。基于Ishii-Kim界面输运模型,对轴向IAC进行了计算;通过分析4种气泡间相互作用对IAC的影响,发现工作压力是影响轴向IAC变化的主要因素,最后给出了引入工作压力影响的轴向IAC计算关联式。     

周期性力场作用下窄通道内两相流压降特性

通过实验研究了摇摆造成的周期性附加惯性力作用下矩形窄通道内空气 水两相流压降特性。按分液相雷诺数将流动分为层流区（Re_f <800）、过渡区（800≤Re_f≤1 400）及湍流区（Re_f >1 400）3个区域,并对各区域内附加压降、重位压降和摩擦压降平均值及瞬态值进行了比较。结果表明,附加惯性力对窄通道内两相流整数倍周期内平均摩擦阻力无明显影响。周期性附加惯性力作用下(摇摆周期16 s,摇摆振幅30°),层流区及过渡区气相表观速度、液相表观速度、质量含气率及摩擦压降随时间周期性波动,波动周期等于摇摆运动周期;瞬时摩擦压降相对于其平均值的波动幅值随气液两相流速的增加而减小。湍流区两相流动参数周期性波动不明显。     

倾斜通道内泡状流空泡份额分布特性

对窄矩形通道（3.25 mm×43 mm）和常规圆管（i.d.50 mm）内泡状流空泡份额分布特性进行了实验研究,探究倾斜对气泡和气液界面分布的影响。实验以空气和纯净水为工质,倾斜角度为5°、10°和15°。结果表明窄矩形通道内空泡份额主要呈壁峰型分布,未观察到核峰型分布;常规圆管内存在核峰型和壁峰型两种分布类型。倾斜对窄矩形通道和常规圆管内壁峰型分布影响相似,即随着倾斜角度的增加,靠近上壁面的峰值被加强,靠近下壁面的峰值被削弱直至消失。对于圆管内核峰型分布,倾斜导致中间宽峰向通道上部倾斜,且峰值随倾斜角度增加而增大。此外,竖直和倾斜条件下壁峰型分布的峰值较常规圆管更加接近通道中心位置。