光纖探針在兩相流局部特性研究中的應(yīng)用.pdf

1、兩相流動(dòng)中的界面結(jié)構(gòu)對(duì)相間的界面輸運(yùn)和傳熱非常重要。而截面含氣率和界面面積濃度(Interfacial Area Concentration,IAC)是分析兩相流熱工水力特性的重要幾何參數(shù)。并且在兩流體模型中,IAC表征了相間發(fā)生質(zhì)量、動(dòng)量和能量有效傳輸面積的大小,對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用中的傳熱傳質(zhì)及熱力分析起著重要的作用。
　　利用光纖探針測(cè)量技術(shù)獲取了豎直管內(nèi)空氣-水兩相流動(dòng)的局部截面含氣率、界面面積濃度(IAC)等參數(shù)信息。實(shí)驗(yàn)選用

2、的圓管直徑為100mm和50mm(分別屬于大管徑和過(guò)渡管徑范圍),首先通過(guò)對(duì)比分析不同管徑內(nèi)IAC、截面含氣率等分布特性,得到了管徑的尺度效應(yīng)對(duì)氣泡行為的影響規(guī)律。通過(guò)對(duì)比100mm管徑內(nèi)高徑比L/D=2與L/D=29軸向位置的IAC、截面含氣率、氣泡頻率等分布特性,發(fā)現(xiàn)IAC、截面含氣率在L/D=2處呈現(xiàn)核峰分布,在L/D=29處,低氣流速時(shí)呈現(xiàn)壁峰分布,隨著氣流速增大轉(zhuǎn)變?yōu)楹朔宸植肌?br>　　利用獲得的IAC、截面含氣率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),

3、對(duì)現(xiàn)有的IAC、截面含氣率計(jì)算模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析,發(fā)現(xiàn)Hibiki-Ishii(2002)與Hibiki-Ishii(2003)模型分別能夠較好的預(yù)測(cè)IAC和截面含氣率實(shí)驗(yàn)結(jié)果,誤差分別為13.1％、10.1%,并基于Hibiki-Ishii(2002)模型,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合,得到了計(jì)算精度更高的IAC計(jì)算關(guān)系式?；诮孛婧瑲饴首兠芏饶Ｐ?具體給出了平均IAC與中心截面含氣率的關(guān)系式。通過(guò)與本實(shí)驗(yàn)和其他研究者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較,表明新關(guān)系

4、式具有較高的計(jì)算精度。
　　通過(guò)氣泡的受力分析,發(fā)現(xiàn)升力和湍流擴(kuò)散力的綜合作用決定了氣泡的徑向運(yùn)動(dòng)情況,而且徑向IAC的分布主要受升力的影響;當(dāng)氣泡直徑大于臨界尺寸(5.7mm)后,升力系數(shù)改變?yōu)樨?fù)值,使得升力方向指向管道中心,進(jìn)而導(dǎo)致了IAC分布由壁峰型轉(zhuǎn)變?yōu)楹朔逍汀；贗shii-Kim(2001)界面輸運(yùn)模型,分別對(duì)徑向、軸向IAC進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并與本實(shí)驗(yàn)的IAC數(shù)據(jù)符合較好。通過(guò)分析四種氣泡作用機(jī)理對(duì)IAC的影響,發(fā)現(xiàn)工