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1、第31卷第5期西安交通大学学报Vol.31№51997年5月JOURNALOFXIANJIAOTONGUNIVERSITYMay1997垂直管内气液两相逆向流动中界面波特性*及液泛现象研究李广军郭烈锦陈学俊(西安交通大学,710049,西安)摘要以空气、水为工质,对内径50mm的垂直管内气液两相逆向流动中的液泛现象和界面波特性进行了实验研究.通过实验观察和分析,认为本实验条件下的液泛是由于气液界面产生大的振幅波而后失稳造成的.研究了液泛产生前、后界面波特征及其速度、频率和波长随气液两相流量的变化规律.关键词实验研究气液两相流液泛界面波中国
2、图书资料分类法分类号TB126工业生产实际气液两相逆向流动过程中,如立管式凝结器、冷却塔、降膜式化学反应器、重力热管以及核反应堆,都广泛存在着液泛现象.准确预报这一现象的产生,并了解其界面流动特征,可为这些工业设备的安全生产提供理论指导.[1～3][4～7]有关液泛现象的实验研究已经很多,在理论方面也进行了一些研究,但尚未得出满意的结果.一般认为,液泛的产生与界面波的产生、运动和发展有必然联系.但至今为止,有[8,9]关液泛产生前、后相界面特性的研究很少.本文以空气、水为工质,对垂直管内气液两相逆向过程中的界面波特性进行了较为系统的研究,给
3、出了液泛产生前、后相界面波特性的变化规律;并由此提出了液泛产生的机理,得到的结果与前人结果进行了比较.1实验装置及测试方法1.1实验系统及装置实验是在本校多相流实验室空气-水两相流实验台上进行的.实验段由内径50mm的有机玻璃管联接而成,如图1所示,其中B区为进水区,水由3个内径20mm的有机玻璃管收到日期:1996-05-29.李广军:男,1968年3月生,能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室,博士,讲师.*国家自然科学基金八五重点项目.16西安交通大学学报第31卷导入,它们沿周向均匀分布.实验时,水按2种方式进入实验段:其一为
4、水直接由B区溢入实验段(TypeI);其二为在B区装有海绵,液相通过海绵浸入实验段(TypeⅡ).有关具体结构见文献[10].1.2测试方法[10]本文利用双平行电导探针测量气液两相流的界面波.探针电极由直径0.1mm的铂丝制成,探针两极间距为1.5mm.实验段共安装有3组相似的电导探针.第1个探针放置在离水入口1800mm的管道上,第2个探针在其下游100mm处,第3个探针与第2个的间距为10mm,如图1.探针在使用前需进行标定,以[10]获得液膜高度与探针输出之间的定量关系.输入探针的信号是100kHz的正弦波信号,探针输出信号经整流、
5、滤波和放大后进入信号采集系统.本文根据分析,选择数据采样时间为16s,采样频率为250Hz.1.3实验步骤A:进气管段;B:进水结构;实验时固定1个液相流量,逐渐增大气相流量,待流动稳定C:卷吸水收集器;E:气出口;后,采集电导探针的输出及压力、温度、流量等信号;增大气体流F:下降液相排出管;P:电导探针;RP:参考探针;U:卷吸速,重复以上过程至液泛产生;改变液相流量,重复以上过程,直液体排出管;W:进水管;至完成所有工况为止.本实验中液相折算速度jl分别为S:差压变送器0.0141、0.0297、0.0594、0.0891、0.111m
6、/s;气相折算速图1实验段结构示意图度jg为0～12m/s;压力为0.1～0.15MPa;温度为20～25℃.2实验结果2.1逆相流动界面波特征图2给出了垂直管内两相逆向流动过程中电导探针的典型输出信号.由图可知,一定折算液速下,在液泛气速达到之前增大气相流速,界面波动变化不大;据实验观察,当气速将近液泛速度时,在管道底部形成较大振幅的波,此波随气速稍微增加而上行形成液泛.液泛之后,由于向下流动的净液量减小,因此界面变化较大.改变液相流速,界面特征变化规律相同,只是发生液泛时的气速不同.2.2界面波参数变化规律[8,10]2.2.1界面波传
7、播速度界面波传播速度通过两探针信号的互相关函数来得到.图3给出了2种不同进液方式下界面波速度的变化规律,其中折算气速jg为横坐标,折算液速jl为参变量,图中的实心符号即代表液泛点.由图可见:(1)随气速增大,在液泛点达到之前,第1种结构下,波速基本不变或略有减小,这是由于随波振幅增大,重力效应增大的缘故.第2种结构界面波速逐渐减小.当液泛即将产生时,界面波速增大,这主要是由于接近液泛出现时整体流动不稳定效应引起波速增大.液泛后由于向下流动的液相减小,使得波速迅速减小.(2)在液泛前的区域,界面波速随液相速度的增大而增大,但在液泛后波速下降却
8、似乎与液相流量关系不第5期李广军等:垂直管内气液两相逆向流动中界面波特性及液泛现象研究17图2双平行电导探针典型输出信号(jl=0.0594m/s)大.(3)在各种流量状况下都没
