氣液兩相流繞管束流動(dòng)壓降特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

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1、第32卷第6期東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)V01．32．No，62012年l2月JournalofNortheastDianliUniversityDeC．，2012文章編號(hào)：1005—2992(2012)06—0067一O5氣液兩相流繞管束流動(dòng)壓降特性實(shí)驗(yàn)研究洪文鵬，王宣宇，陳柄君2(1．東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，吉林吉林132012；2．長(zhǎng)春供電公司，長(zhǎng)春130041)摘要：以空氣一水為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，采集了不同流型工況下氣液兩相流體向上橫掠水平管束時(shí)的壓降數(shù)據(jù)，分析了不同流型下氣液兩相流繞流管束的壓降特

2、性。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與兩種壓降預(yù)測(cè)模型對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)一維模型預(yù)測(cè)壓降與實(shí)驗(yàn)值較吻合。關(guān)鍵詞：氣液兩相流；順列管束；壓降特性；數(shù)學(xué)模型中圖分類號(hào)：0359文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A在動(dòng)力工程、石油化工、核能利用等領(lǐng)域廣泛存在氣液兩相流體繞流管束的流動(dòng)現(xiàn)象，如冷凝器、蒸發(fā)器及核反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器等管殼式換熱設(shè)備¨I2J。管束間的氣液兩相流壓降特性對(duì)其繞流流動(dòng)特性和傳熱規(guī)律有著重要的影響J。因此對(duì)換熱器管束間壓降的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)有利于設(shè)備的高效安全運(yùn)行。目前國(guó)內(nèi)外多位學(xué)者對(duì)管內(nèi)氣液兩相流型、壓降、含氣率及摩擦系數(shù)等進(jìn)行了大量研究

3、，而對(duì)氣液兩相流體橫掠管束流動(dòng)特性的相關(guān)研究較少。ChisholmD_4研究了兩相流水平橫掠管束時(shí)的流行轉(zhuǎn)變的壓降特性，建立了預(yù)測(cè)流型轉(zhuǎn)變的壓降模型。DowlatiRl_5以空氣一水為介質(zhì)研究了管間距對(duì)壓降的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Martinelli參數(shù)一定時(shí)，順列管束的管間距越大兩相摩擦因數(shù)越大，而錯(cuò)列管束摩擦因數(shù)幾乎不受間距變化影響。SchrageDSl6等人以空氣一水為介質(zhì)研究了影響摩擦因數(shù)的因素。以上建立的關(guān)聯(lián)式都在其特定的條件下建立的，適用范圍有限。本文對(duì)氣液兩相流繞流節(jié)距比分別為1．8和1．

4、3的兩種不同管束的壓降特性進(jìn)行研究，并對(duì)已有的壓降預(yù)測(cè)模型驗(yàn)證分析。1理論模型本實(shí)驗(yàn)中壓降實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析所采用的兩種模型為。因此對(duì)兩種模型做簡(jiǎn)要的介紹。1．1一維模型假定氣液兩相流繞流管束氣液兩相充分發(fā)展，一維，穩(wěn)態(tài)，絕熱。因此，氣液兩相混合發(fā)展的動(dòng)量方程為=一(+O,p)g+，(1)F，是管束對(duì)流體的作用力，由下式給定，=“咖，(2)為只有液體流動(dòng)時(shí)的速度；是兩相摩擦折算系數(shù)，由Martinlli參數(shù)確定；為馬蒂內(nèi)力參數(shù)；收稿日期：2012一O9一l4基金項(xiàng)目：東北電力大學(xué)博士基金(BSJXM一2

5、01009)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51146007)作者簡(jiǎn)介：洪文鵬(1970一)，男，遼寧省綏中市人，東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授，博士，主要研究方向：氣液兩相流第6期洪文鵬等：氣液兩相流繞管束流動(dòng)壓降特性實(shí)驗(yàn)研究69旋風(fēng)分離器主。oooooooooooooooooo00o0ooooooooooo—ooooooo壓降數(shù)據(jù)采集圖1實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)圖動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有恒壓直流電源、壓力變送器和數(shù)據(jù)采集儀組成。采集儀為IDTS一4516U型16通道數(shù)據(jù)采集儀。壓力變送器為Rosemount30

6、51S電容式壓力傳感器，測(cè)量精度0．05％。實(shí)驗(yàn)中動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集時(shí)間為8s，采集頻率256Hz。圖2為實(shí)驗(yàn)測(cè)試段的管束布置。測(cè)試段是由10turn厚的有機(jī)玻璃板制成的長(zhǎng)度為700mm，截面為180mm×65mIi1的矩形通道，分別布置節(jié)距比P／D為1．3和1．8的10×4和10×6兩種管束。管直徑20mm，長(zhǎng)65mm，采用順列布置。0∞oooo0oo0o喇4壓孔Oo0ooo0ooo0o0o0ooo測(cè)試圓柱oo0o0oD=20mmoo0o0oo0oooooo0o0ooooooo圖2測(cè)試段管束布置圖3

7、沿管束流動(dòng)方向的壓力降比較實(shí)驗(yàn)中，先調(diào)節(jié)水流量調(diào)節(jié)閥，把水流量調(diào)到某一流量，再通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流量來(lái)改變流經(jīng)試驗(yàn)段的總流量和含氣率，重復(fù)上述步驟直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍：壓力0．1—0．3MPa，溫度10—25℃，水流量2～15m。／h，氣流量0．01～48m／h。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析繞流管束時(shí)流型主要有三種，即泡狀流、間歇流、霧狀流。氣體以細(xì)小氣泡的形態(tài)分散在液體中流動(dòng)，氣泡尺寸非常小，近似球形或橢球形時(shí)的流型稱之為泡狀流；液彈和氣彈連續(xù)相隨，交替經(jīng)過(guò)管束，中間伴隨著氣彈的形成和破碎時(shí)的流型為間歇流；除

8、了小部分液體粘在管壁或在管束表面形成一層液膜，大部分液體以液滴方式隨氣流一起流動(dòng)，這時(shí)的流型為霧狀流。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了不同流型工況下的壓力降，流過(guò)管束不同流型壓力降如圖3所示。實(shí)驗(yàn)測(cè)得含氣率在0．15—0．65之間時(shí)，流過(guò)兩種節(jié)距比管70東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)第32卷束間的壓降泡狀流最大，間歇流次之，霧狀流最小?？赡艿脑蚴窃跉庖簝上嗔鞔怪毕蛏狭鲃?dòng)過(guò)程中，含氣率在0．15～0．65范圍內(nèi)，質(zhì)量流量小時(shí)兩相壓降幾乎由重力壓降決定(忽略加速壓降)，而重力壓降的大小與含氣率有密切關(guān)系，質(zhì)量含氣率小，