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摘要
管束间气液两相流空泡份额研究
摘要
又管束间的气液两才目流与传热是许多工业生产领域换热设备中的常
见现象,国内外研究人员对管束间气液两相流空泡份额的研究主要集
中于截面平均空泡份额的研究,而缺乏对气泡在管束内具体分布的研
夕究弃禾人文认在产水、平’八火管曰式废热锅炉水“、平’管小束间气液两相曰流冷丫‘态巴模大拟“,试验
台上叉排管束,圆柱,等于,对管束间空泡份额的
空间分布及影响因素进行了研究。
本文首先利用商用软件对单相水管束绕流进行了数值
计算,得到了管束间的速度场。份算速度场的结果为实验测点布置和
参数的选择提供了有益的参考于一。一
在实验方面,本文使用的测量仪器为单纤光纤探针,采用单阂值法
对探针采集到的信号进行处理,得到局部空泡份额。
良·的范围内,夹带气泡
气液两相流体绕圆柱运动时,在管束圆周侧面尽可能地贴近壁面运动,
使得该侧壁面附件的空泡份额最大。而在此面半径稍大的区域,空泡
份额为零。在圆柱的尾流区,存在着一个气泡集中区域。在这个区域
内随着液相流量的增加,空泡份额的值也有所增加。
得到空泡份额
对三个特征区域的平均局部空泡份额进行数据拟合,
与液相雷诺数
与体积含气率有如下关系,其中为分布系数, 了一
的关系是。,。在不同区域取值不同少此外本文还
根据光纤探针的采集信号对气泡直径进行了估算。发现在一些测点上
气泡的平均直径与液相流量成线性关系,而和气相流量的关系不大。
关键词
管束气液两相流光纤探针空泡份额
论文类型应用基础
西安交通大学硕士学位论文


竹
洲口,
碑,月声
主要符号
主要符号
回归方程中的系数
分布系数
圆管直径,
气泡直径,
信号采样频率,
重力加速度,
折算速度,
特征尺寸,
气泡线性尺寸,
采样点数
圆管间距,
压力,

体积流量,
雷诺数
测点布置半径,

守恒方程的源项

时间,
真实速度,
气泡运动速度

电压信号,
阐值
空泡份额
体积含气率
动力粘性系数,
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通用变量
密度,
点布置角度,度
扩散系数
下标
气泡
气相
液相
入口
上标
平均值
第一章综述
第一章综述
工程背景
管束间的气液两相流与传热是许多工业生产领域换热设备中的常
见现象,大约有的换热器涉及到管束间的气液两相流动和传热。
这种类型的换热器构成了锅炉、蒸发器、冷凝器及核反应堆冷却器等
换热设备的主体,在各自行业中占有举足轻重的地位。因此,对管束
间气液两相流动特性的研究具有重大的经济效益和社会效益。
在工业火管锅炉、大型合成氨转化气废热锅炉、精炼再沸器等设备
的运行过程中,高温烟气或石化厂高温废气在管内流动,而水或其他
液体介质在管外受热沸腾产生蒸气。气液两相流体以强迫流动或自然
对流的方式冲刷管束。在这种设备中,管壳式换热器是完成热能传递
的关键部件。管壳内气液两相流体冲刷管束的压力降和沸腾传热现象
都涉及到空泡份额的确定。例如,要准确计算气液两相流的重位压降
和加速压降。就必须先建立空泡份额的精确计算式。同时,局部空泡份
额的分布也直接影响温度场的分布,在气相比较集中的地方,温度偏
高,容易出现过热烧损,因而也是事故频繁的地方。由此可见,研究
管束的气液两相流的空泡份额是工业应用中相当重要的课题之一。
目前,对管内气液两相流的空泡份额已进行了广泛的研究。而对
管外冲刷管束的两相流动,尤其是对于两相绕流的局部空泡份额的研
究,在国内还未充分的展开。以工业火管锅炉为例,至今在设计中尚
无可靠的空泡份额计算公式可以利用。工业锅炉效率低、事故多,与
这方面的工作欠缺有很大关系。早在七十年代,就指出在废
热锅炉的研制过程中,一个小小的设计错误很容易引起相当于整台废
热锅炉价格的经济损失。因此,在废热锅炉设计的前期,需要研究加
热管束间的空泡份额的分布特性,以获得详细的工质流动参数分布特
性,并据此进行工质传热特性计算,以便为设备的结构设计提供数据。
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这对于设备安全经济的运行是相当重要的。
文献综述
在实际生活中存在着大量的钝体绕流的问题,如航空航天、地面交
通、海岸工程,风工程及体育运动等领域。其中圆柱绕流又是一种非
常典型的问题。从绕流物体的数目上分,有单圆柱绕流和多圆柱绕流
从流体性质上分,可以分为单相绕流和多相绕流。由于圆柱绕流在工
业工程中的广泛应用,例如叶栅流动,各种换热器中流体绕圆柱的流
动,海水