沸腾管内汽液两相流动压力波动信号的分析英文学习材料.pdf

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1、第26卷第1期化学反应工程与工艺VO126．NO12010年2月ChemicalReactionEngineeringandTechnologyFeb．2OlO文章编号：1001—7631(2010)O1—0O07—007沸腾管内汽液两相流动压力波动信号的分析刘燕张少峰李金红王延吉(河北工业大学化工学院，天津300130)摘要：研究了竖直管内沸腾两相流动时压力波动信号的特性，采用功率谱密度函数、分维数、关联维数及Kolmogorov熵等非线性分析方法对压力波动时间序列进行了定性及定量分析，考察了热流密度及液速对压力波动的影响规

2、律。结果表明，此类系统具有非线性混沌特性。定量计算结果表明，分维数小于1．5，系统存在1个关联维，K熵的变化也具有同样的趋势，且为有限正值；沸腾流动的汽液两相流型和非线性特征量之间有一定的关系。关键词：汽液两相流；热流密度；压力波动；分维数；相关维；Kolmogorov熵中图分类号：TK123；TQ021．3文献标识码：A由于沸腾换热具有传热速率高、需要的传热温差小，在化学过程等多种工业中获得了广泛的应用。而汽液两相沿管内的流动是一种十分复杂的流动现象，且两相间的可变形界面随着两相流率、物性、管道几何形状和位置等因素的改变，构

3、造出丰富多彩的流动形态。不同流型的两相流动具有各异的水动力学和传热特性，从而影响两相流动的宏观特性。近年来，许多研究者对汽液两相流动采用非线性的研究方法，发现此类系统属于混沌系统。Di—Marco等[1得出了对流沸腾系统中由密度波引起的非线性特征；Kozma等L2发现沸腾两相流循环系统具有双重分形特征，可以利用分形维数的线性拟合误差对两相流型进行识别；Lee和Pan口]对多管束强制流动系统的动力学特征进行模拟，得出该系统具有混沌特征；Cammarata等对矩形通道的自然循环系统进行非线性分析，得出了温度时间序列的重构相图及分数

4、维。这些结果都指出沸腾系统具有混沌特性；白博峰等[5对热流密度对汽水两相流压力波动特性的影响进行了研究，结果表明未考虑热流密度影响的流型图或流型转变准则只能在小热流密度时使用。刘明言等L6]对汽液固三相流动沸腾传热系统的非线性特性进行了研究，结果表明此类系统具有非线性混沌特性，且传热特性和非线性特征量之间有一定关系。薛娟萍等口对汽液两相流动沸腾蒸发系统的传热系数时间序列进行了定性和定量混沌研究，结果表明汽液两相流动沸腾蒸发系统呈现混沌特性，同时得出该系统具有短期可预测性。由此可以看出，研究者们从不同的研究对象及分析方法对汽液两

5、相流进行了研究。由于汽液两相流动时，两相之间复杂的质量、动量和能量交换，使局部区域的流动结构不断变化，形成两相流场特有的局部不稳定性。这种局部不稳定现象，在压力、空泡份额、密度等两相参数上充分体现出来，构成两相流动的基本特征。而压力脉动信号是直接反映流场特征的关键因素，能切实反映流动特征，且压力波动信号的采集也比较方便，因此本工作在对沸腾两相流动进行研究时，采用压力波动时间序列作为分析对象。本研究以竖直管内汽液两相流动时压力波动信号作为研究对象，对压力波动时间序列进行了功率谱密度函数、分维数、关联维数及Kolmogorov熵等

6、非线性分析，考察了热流密度及液速对压力波动的影响规律，以期找出汽液两相流动状态与混沌特征量之间的定量关系。这对了解和分析沸腾两相流流型转变的规律十分有益，同时也为汽液固三相循环流化床换热器的合理设计提供参考。收稿日期：2009—07—01；修订日期：2009-12-27作者简介：刘燕(1970一)，女，副教授，在职博士研究生。E—mail：julia—liuyan@hebut．edu．cn8化学反应工程与工艺2010年2月1实验装置及流程实验装置及流程如图1所示。测试管为一竖直镀膜石英玻璃管，玻璃管的外径为24mFEI，壁厚2

7、mm，加热段长度为l200mm，由直流电直接加热。实验采用转子流量计测量液体流量；压力波动口信号用CYGO505T型固态压阻式传感器实现，该L一一—量程的精度为B级，量程为100KPa，线性关系好。传感器的测量位置距加热段人口距离为720mm，传感器输出的电信号直接进入DEWE3020动态信号分析仪，实验设定采样频率图1汽液两相流循环流动实验流程Fig．1Schematicdiagramofexperimental500Hz，采样时间120S，即采用点数为60000个。vapour-liquidtwo—phasecircula

8、tionflow实验以水为介质，加热后的水从测试管底部人1一dynamicsignalanalysismeterI2一pressuresensorI3一testtubel口处引入，沿竖直测试管上升。由于底部静压较4一vapourliquidseparator；5一heater