小尺度垂直管内气液两相流型及转换界限研究.pdf

第34卷第3期 东北电力大学学报 V01．34．No．3 OfNortheast 2014年6月 Journal Dianli Jun．，2014 University 文章编号：1005—2992(2014)03-0026—05 小尺度垂直管内气液两相流型及转换界限研究 洪文鹏，张更莉，肖 飞 (东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012) 摘 要：采用高速摄像仪(CCD)对垂直上升管(内径3mm和5 mm)内空气一水两相流进行可视化 研究。在实验范围内，拍摄到了泡状流，弹状流，扰动流，段塞流和雾状流5种典型流型图像；两种管径 下气液两相流流型及流型转换界限不同，且5mm管的流型转换区域与Mishima-Ishii模型相似；3mm管 道的转换边界与Akbar等模型具有一定的一致性。 关键词：小尺度；气液两相流；流型图；转换界限 中图分类号：0359+．1 文献标识码：A 近年来，工业生产的各种领域中广泛的涉及到气一液两相流的应用，理论研究方面也取得了很大的 进展¨1。在化学工程领域方面，对于两相流动的研究主要是关于流型、压降、传热、传质等方面的研究。 特别是在微化工技术中，设计和开发小型结构设备，例如：小型的接触设备，小型反应设备，小型分离设 备以及换热设备，正越来越受到各个领域的青睐【2j。 小管道由于特征尺度小而具有大的比表面积(两相比表面积可达到105m2m。3旧j，)，因此在相同的 体积下，小尺度管道中所对应的传质、传热远高于传统设备[4。5’19]。 目前，国内外多位学者对常规尺度管内和管外气液两相流型、压降、含气率及摩擦系数等进行了大 量的研究∞。1。但由于受到流体驱动方式、管道的材料、尺寸和结构等因素的影响，有关小通道内两相 流流动特性的研究还不是很成熟，且由于小尺度垂直上升管所采集的两相流特征信号如压差信号，受到 摩擦压降和重位压降的复合影响，研究小尺度垂直上升管内气液两相流流动的期刊相对要要少的多。 本文以垂直管内的气液两相流为研究对象，采用高速摄像仪采集不同管径下垂直上升管内两相流的流 型信息，通过数据采集系统测量了实验段的压差波动信号以及气、液两相的流量电压信号。 1实验系统及方法 t液分离器 实验系统如图1所示。该系统包括3部分，流 体控制系统、图像采集系统和动态数据采集系统。 流体控制系统由空气压缩机、两相混合器、气液分离 器、水泵、水箱及实验段组成。液相通过水泵给压流 经涡轮转子流量计后进入两相混合器，气相通过空 气压缩机升压后流经玻璃转子流量计进入两相混合 算机 器与液相充分混合后进人实验段，进行流动图像采 图1实验系统图 集和压差信号采集后，进入气液分离器，将空气分离 收稿日期：2014—03—10 作者简介：洪文鹏(1970一)，男，辽宁省绥中市人，东北电力大学能源与动力工程学院教授，博士，主要研究方向：多相流理论及应用 技术． 万方数据 第3期 洪文鹏等：小尺度垂直管内气液两相流型及转换界限研究 27 出来并排人大气，分离出的水流回水箱循环利用。 图像采集系统主要包括照明系统和高速摄影系统旧。2】。照明系统的光源使用6400K色温的三基