外加扰动下垂直管内气-液两相流空隙波特性.pdfVIP

第 28卷 第6朗 核 动 力 ]_程 VOI．28．NO．6 2 0 0 7 年12月 Nuclear Power Engineering DeC．2 0 0 7 文章编号：0258．0926(2007)06-0039-05 外加扰动下垂直管内气．液两相流空隙波特性 顾汉洋 ，郭烈锦 ，匡 波 ，杨燕华 (1．上海交通大学核科学与工程学院，200240；2．西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，710049) 摘要：采用双环电导探针技术实验研究了外加扰动对垂直上升管内气．液两相流空隙波特征的影响。研究 结果表明，气．液两相流空隙波对外加周期性扰动具有频率选择性。在泡状流区，低频扰动能诱发与扰动等频 的空隙波；在泡状流／弹状流转变区，低频扰动能加速气泡合并，促进泡状流向弹状流转变；而在弹状流区空 隙波特征对外界扰动并不敏感。空隙波的传播速度受外界扰动频率的影响，随着扰动频率的增大，空隙波波 速先减少又增大。本文的实验研究发现，存在对气．液两相流空隙波特征影响最为显著的临界扰动频率，在本 实验条件和参数范围内，该临界扰动频率为20Hz。 关键词：气．液两相流；空隙波；外加扰动；波速 中图分类号：TKI23 文献标识码：A 1 引 言 在气．液两相流中，空隙波是一种常见的波动 现象。许多流动现象如溢流、流型转变、密度波 型脉动等都与空隙波有关，而这些现象在化工、 石油和核工程中广泛存在。气．液两相流对空隙 波的实验研究主要分为两类：一类是对不加外界 扰动情况下的气．液两相流的空隙波特征进行研 究IJ ；另外一类是通过外加扰动对气．液两相流 空隙波特征进行研究【4 】。目前，对空隙波的研 究主要集中在空隙波的不稳定性对流型转变的机 理影响和空隙波波速两方面，但外加扰动对气． 图1 实验系统图 液两相流空隙波特征影响的研究却鲜为报告。 Fig．1 Schematic Diagram of Experiment Facility 本文设计搭建了以空气．水为介质的空隙波 实验系统，利用自制的双环电导探针测量系统测 的正弦外加扰动。扰动装置的频率可以在 0～ 50Hz范围内连续可调。空气经过螺杆压缩机压缩 量了垂直管内气．液两相流的空隙率特征，在宽广 后进入储气罐，由微调式孔板流量计(精度0．2级) 的流动范围内分析了外加扰动对气．液两相流空 隙波特征的影响。 计量后导入混合器。气体通过底部混和器内内径 为0．5mm的毛细管均匀地注入从周围流入的水流 2 实验和测量系统 中，在实验管段的底部入口处形成均匀的小气泡。 实验系统如图1所示，实验介质为空气．水。 垂直上升的实验管段采用内径为0．05m、长度为 水经多级离心泵加压后由Micro Motion质量流量 3．1m的透明有机玻璃管制成。在实验段的出口， 计(精度0．1级)计量。在导入混合器的入口处安装 通过扩大管道直径来消除扰动的反射，以提高实 专门设计的扰动装置，其作用是为系统提供连续 验测量的精度。分别在离入口2．5m和2．6m处布 收稿日期：2006·09—06；修回Et期：2007．01．16 基金项目：国家自然科学基金(505360201、上海交通大学青年教师科研启动基金(070 1 10)资助 核 动 力 程 Vl0I_28．NO．6．2007 置两对双环形电导探针，用来实时测量实验管道