摇摆对水平管内气液两相流流型影响的研究

论文摘要

核动力船舶在海洋中航行会受到海洋条件的影响产生摇摆、倾斜、起伏等运动,因此摇摆状态下的两相流流型的确定对分析系统的流动和传热性能有着十分重要的意义。本论文主要通过实验和理论分析研究了摇摆对水平管内气—液两相流流型的影响。实验在常温常压下进行,采用空气和水作为流动工质同向通过试验段,试验段为透明的有机玻璃管,水平固定在摇摆台架上,分别进行了两种管径(25mm,34.5mm)的水平非摇、倾斜和不同摇摆状态的实验。实验中采用可视化法测量流型,用压差变送器测量压降,用快速截止阀法测量截面含气率,所有的动态数据均由计算机数据采集系统进行实时记录。实验结果表明,同一工况下一个摇摆周期内不同时刻的流动特征有很大的差异;对于低流速下的气液两相流动,受摇摆作用的影响,流动很不稳定,而高流速或高气速时,摇摆的影响减弱,流型基本上与稳态倾斜上升或下降管内的流型接近。通过对压差波动时域特征的分析,发现摇摆状态下的压差信号能客观地提供流型的信息。对比不同状态下的流型图,发现管径、倾角、摇摆周期和最大摇摆角度对流型的转变有显著影响。本文通过对实验现象的分析,给出了水平管摇摆状态下流型的定义和分类,并结合压力、压差的变化特征给出流型判定依据。通过流型照片对摇摆状态下的流型转变进行了实验现象描述,绘制出不同状态下的流型图并进行比较,分析了管径、倾角、摇摆等主要参数对流型转变界限的影响。通过对单相水在摇摆状态下的运动分析,提出了一个包括雷诺数、最大摇摆角度和摇摆周期等参数在内的单相水摩擦压降系数半经验关系式。对摇摆状态下的管内环状流进行了受力分析,给出了管壁上沿管道轴向的压降计算公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与意义
• 1.2 国内外研究现状和发展动态
• 1.2.1 流型的分类
• 1.2.2 流型图
• 1.2.3 水平管流型研究
• 1.2.4 倾斜管流型研究
• 1.2.5 两相流流型转变机理
• 1.3 本论文的主要工作
• 第2章 实验装置与实验方法
• 2.1 实验装置
• 2.1.1 水循环系统
• 2.1.2 空气供给系统
• 2.1.3 试验管段
• 2.2 摇摆台及摇摆规律
• 2.3 实验测量与换算
• 2.3.1 空泡份额测量
• 2.3.2 实验数据换算
• 2.4 误差分析
• 2.5 实验步骤与方法
• 2.5.1 实验步骤
• 2.5.2 实验方法
• 2.6 实验中需要注意的问题
• 2.7 本章小结
• 第3章 摇摆状态下的流型及识别方法
• 3.1 摇摆状态下的流动形式
• 3.1.1 泡状流
• 3.1.2 分层流/逆向分层流
• 3.1.3 塞状流
• 3.1.4 弹状流
• 3.1.5 准弹流
• 3.1.6 环状流
• 3.2 流型的判定方法
• 3.2.1 泡状流压差波动特征
• 3.2.2 塞状流压差波动特征
• 3.2.3 层状流压差波动特征
• 3.2.4 弹状流压差波动特征
• 3.2.5 层状流/弹状流压差波动特征
• 3.2.6 层状流/准弹流压差波动特征
• 3.2.7 环状流压差波动特征
• 3.3 本章小结
• 第4章 摇摆对流型转变影响的实验研究
• 4.1 摇摆状态下的流型转变
• 4.1.1 泡状流向塞状流的转变
• 4.1.2 间歇流的转变
• 4.1.3 层状流、间歇流向环状流的转变
• 4.2 摇摆状态下流型图
• 4.2.1 流型图坐标的选取
• 4.2.2 摇摆状态下水平管内气液两相流型图
• 4.3 主要参数对流型转变界限的影响
• 4.3.1 管径对流型转变界限的影响
• 4.3.2 倾角对流型转变界限的影响
• 4.3.3 静态与摇摆状态下的流型对比
• 4.3.4 摇摆参数对流型转变界限的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 摇摆状态下摩擦压降研究
• 5.1 摇摆状态下单相水摩擦压降研究
• 5.1.1 动量方程
• 5.1.2 压降计算
• 5.1.3 摇摆状态下摩擦系数的推导
• 5.2 摇摆状态下环状流摩擦压降研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢