卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流截面含气率测量研究.pdf

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1、580化工机械2016年卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流截面含气率测量研究周云龙+孙博(东北电力大学能源与动力工程学院)摘要以空气和水为工质，对卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流动特性进行了实验研究。根据以往截面含气率的计算方法，创新性地提出一种适合于卧式矩形截面螺旋通道内两相流动截面含气率的计算方法，并与漂移流模型进行比较，发现两种计算方法所得结果趋势相近，大部分符合较好，表明利用斜十字交叉法计算卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流的截面含气率是可行的。并且对比Zuber-Find．1ay模型与Ishii模型发现，Ishii模型预测卧式矩

2、形截面螺旋管通道内的截面含气率精度较高。关键词矩形截面螺旋通道空气一水两相流截面含气率漂移流模型中图分类号TQ022．4文献标识码A文章编号0254-6094(2016)054)580-06螺旋管具有空间利用率大、可自由膨胀及重心低等优点，并且传热特性比直管的更佳⋯，是一种具有良好应用前景的高效换热管型。在研究两相流的过程中，两相流截面含气率是一个极其重要的参数，它的准确与否直接关系到设备运行的可靠性。因此，准确地测量和计算换热管段的含气率是设计换热管段的关键。近年来，不同形状和尺寸的螺旋通道内的流动机理越来越受到重视，但是，有关计算

3、矩形截面螺旋通道内两相流的含气率的研究报道还是很有限的。目前，对于圆形截面螺旋通道内气(汽)水两相流动特性已有广泛的研究呤。1，但对于其他截面形状的螺旋通道，大部分还停留在数值研究阶段哺】，实验研究比较少。而仅有的对于矩形截面螺旋通道的实验研究也多是针对单相流体所进行的流场结构和流动特性的研究。对于螺旋管管内两相流的含气率的研究主要是在螺旋管立式放置的情况下进行的。实验结果与水平管的数据一致或稍大于水平管的数据。一些学者为了获得含气率的实验数据，基于漂移流模型提出了一些含气率的计算方法，认为流道尺寸对于漂移流模型研究很重要¨叫引。但是

4、，非常规管径的实验数据较少，不足以对现有截面含气率计算模型进行评价分析。本研究以空气一水为工质，实验测定了压差信号，针对卧式矩形截面螺旋通道内空气一水两相流动，提出一种新的计算卧式矩形截面螺旋通道内截面含气率的方法，并与漂移流模型进行对比，这对促进工程实际相关方面的发展具有重要的意义。1实验系统与装置实验是在空气一水实验台上进行的，实验系统如图1所示。通道由一个外壁带螺旋翅片的圆柱和一个外套管围成，为了实现可视化研究，材料采用有机玻璃，螺旋翅片由车刀车出，与外套管的配合公差小于Imm。外套管内径120mm、厚5mm，螺旋翅片高22mm

5、、厚6mm、螺距1lOmm。所围成的矩形截面的长、宽分别为24mm和22mm。通道当量直径为23mm、曲率为0．47、挠率为0．36。本实验中，有效直管段的长度为550mm，即5倍螺距。}周云龙，男，1960年2月生，教授。吉林省吉林市，132012。第43卷第5期化工机械58l图1实验台流程图水和空气分别在离心式水泵和空气压缩机的动力推动下流经电磁流量计和热式气体质量流量计，经两相混合器充分混合后流人实验段，而后经旋风分离器分离，水流回水箱继续循环使用，空气排人大气中。空气压缩机额定工作压力为0．8MPa，实验过程在常温下进行，压力

6、参数范围为0．1—0．3MPa。空气的折算速度范围为0．2—15．0m／s，水的折算速度范围为0．2—1．2m／s。本实验使用差压变送器采集机压差信号，并通过数据采集器输入计算机，用专门的软件处理。为保证测量信号的实时性，设定采样频率为512Hz，采集时间为10s，准确记录了压降与流量的信号变化。同时计算机还连接着高清摄影仪，记录较为典型的流型。本次实验选择实验段同一螺距上、下、左、右的4个取压点采集压差信号，且上下、左右分别为两组差压信号。实验采用的差压变送器在实验前使用电子手操器进行了量程校准。整个实验台的测量信息统一整理在表1中

7、。表1测量参数和设备误差实验系统安装完毕正式实验前，先对整个实验系统进行水洗，清除系统中的沉积物对实验系统的影响，然后对压力压差传感器进行仔细的标定、校核和检查。对于空气一水两相流实验，首先固定水的流量，改变气体流量使之从小到大间断变化，直至气体流量达到最大。在每一间断点工况下，观察并待流型稳定后进行记录和数据采集。完成一个循环后，然后再增大水的流量，重复调节气的流量。实验完毕后，应先关闭供水回路，再关闭供气回路。582化工机械2016年2截面含气率的测量2。1截面含气率的测量方法测量截面含气率的方法有很多，目前有一种采用水平管与垂直

8、管组合的测量方法，该方法的核心思想是垂直管的摩擦阻力用水平段的摩擦阻力代替。根据总压降求出垂直管内的重力压降，进而从重力压降导出管内的平均截面含气率。实验段总的压力降△p可表示为重力压降、摩擦阻力降和加速压降之和。在泡状