气液两相流绕管束流动压降特性实验研究.pdf

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1、第32卷第6期东北电力大学学报V01．32．No，62012年l2月JournalofNortheastDianliUniversityDeC．，2012文章编号：1005—2992(2012)06—0067一O5气液两相流绕管束流动压降特性实验研究洪文鹏，王宣宇，陈柄君2(1．东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012；2．长春供电公司，长春130041)摘要：以空气一水为实验介质，采集了不同流型工况下气液两相流体向上横掠水平管束时的压降数据，分析了不同流型下气液两相流绕流管束的压降特

2、性。将实验数据与两种压降预测模型对比分析，发现一维模型预测压降与实验值较吻合。关键词：气液两相流；顺列管束；压降特性；数学模型中图分类号：0359文献标识码：A在动力工程、石油化工、核能利用等领域广泛存在气液两相流体绕流管束的流动现象，如冷凝器、蒸发器及核反应堆蒸汽发生器等管壳式换热设备¨I2J。管束间的气液两相流压降特性对其绕流流动特性和传热规律有着重要的影响J。因此对换热器管束间压降的准确预测有利于设备的高效安全运行。目前国内外多位学者对管内气液两相流型、压降、含气率及摩擦系数等进行了大量研究

3、，而对气液两相流体横掠管束流动特性的相关研究较少。ChisholmD_4研究了两相流水平横掠管束时的流行转变的压降特性，建立了预测流型转变的压降模型。DowlatiRl_5以空气一水为介质研究了管间距对压降的影响，实验发现，Martinelli参数一定时，顺列管束的管间距越大两相摩擦因数越大，而错列管束摩擦因数几乎不受间距变化影响。SchrageDSl6等人以空气一水为介质研究了影响摩擦因数的因素。以上建立的关联式都在其特定的条件下建立的，适用范围有限。本文对气液两相流绕流节距比分别为1．8和1．

4、3的两种不同管束的压降特性进行研究，并对已有的压降预测模型验证分析。1理论模型本实验中压降实验对比分析所采用的两种模型为。因此对两种模型做简要的介绍。1．1一维模型假定气液两相流绕流管束气液两相充分发展，一维，稳态，绝热。因此，气液两相混合发展的动量方程为=一(+O,p)g+，(1)F，是管束对流体的作用力，由下式给定，=“咖，(2)为只有液体流动时的速度；是两相摩擦折算系数，由Martinlli参数确定；为马蒂内力参数；收稿日期：2012一O9一l4基金项目：东北电力大学博士基金(BSJXM一2

5、01009)；国家自然科学基金项目(51146007)作者简介：洪文鹏(1970一)，男，辽宁省绥中市人，东北电力大学能源与动力工程学院教授，博士，主要研究方向：气液两相流第6期洪文鹏等：气液两相流绕管束流动压降特性实验研究69旋风分离器主。oooooooooooooooooo00o0ooooooooooo—ooooooo压降数据采集图1实验装置系统图动态数据采集系统主要有恒压直流电源、压力变送器和数据采集仪组成。采集仪为IDTS一4516U型16通道数据采集仪。压力变送器为Rosemount30

6、51S电容式压力传感器，测量精度0．05％。实验中动态数据的采集时间为8s，采集频率256Hz。图2为实验测试段的管束布置。测试段是由10turn厚的有机玻璃板制成的长度为700mm，截面为180mm×65mIi1的矩形通道，分别布置节距比P／D为1．3和1．8的10×4和10×6两种管束。管直径20mm，长65mm，采用顺列布置。0∞oooo0oo0o喇4压孔Oo0ooo0ooo0o0o0ooo测试圆柱oo0o0oD=20mmoo0o0oo0oooooo0o0ooooooo图2测试段管束布置图3

7、沿管束流动方向的压力降比较实验中，先调节水流量调节阀，把水流量调到某一流量，再通过调节气体流量来改变流经试验段的总流量和含气率，重复上述步骤直到实验结束。实验参数范围：压力0．1—0．3MPa，温度10—25℃，水流量2～15m。／h，气流量0．01～48m／h。3实验结果分析绕流管束时流型主要有三种，即泡状流、间歇流、雾状流。气体以细小气泡的形态分散在液体中流动，气泡尺寸非常小，近似球形或椭球形时的流型称之为泡状流；液弹和气弹连续相随，交替经过管束，中间伴随着气弹的形成和破碎时的流型为间歇流；除

8、了小部分液体粘在管壁或在管束表面形成一层液膜，大部分液体以液滴方式随气流一起流动，这时的流型为雾状流。实验测量了不同流型工况下的压力降，流过管束不同流型压力降如图3所示。实验测得含气率在0．15—0．65之间时，流过两种节距比管70东北电力大学学报第32卷束间的压降泡状流最大，间歇流次之，雾状流最小。可能的原因是在气液两相流垂直向上流动过程中，含气率在0．15～0．65范围内，质量流量小时两相压降几乎由重力压降决定(忽略加速压降)，而重力压降的大小与含气率有密切关系，质量含气率小，