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《哈尔滨工程大学》 2009年
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摇摆对水平管内气水两相流影响的研究

栾锋  
【摘要】: 本文主要通过实验研究和理论分析,对管径分别为34.5mm和25mm水平布置的透明有机玻璃管内气-水两相流在摇摆状态下的流型、截面含气率以及摩擦压降进行了研究。 实验在一个可以自由调节摇摆周期和摇摆角度的摇摆台上进行。通过对管内流型特性的分析,参考非摇摆状态下水平管内几种典型流型的分类,本文给出了摇摆状态下水平管内气-水两相流的流型。实验结果表明,摇摆改变了以往水平管在稳定状态下的流型结构,在一些情况下,摇摆引起管道倾斜导致管内出现两种不同的流动型式交替出现的复杂流型。根据各流型压差波动的时域特性,本文提出了利用压差波动特性判断摇摆状态下水平管内流型的方法。通过分析管径、摇摆周期和摇摆角度等参数对各流型的影响,并结合实验数据,绘出了分别以气相和液相折算流速为横、纵坐标的流型图,为一些基于摇摆条件下的工程应用提供一定的参考。 流型的不稳定,摇摆产生的附加力和重力对两相流体的作用随时间的变化都是摇摆状态下平均截面含气率复杂变化的主要原因。在实验研究的基础上,本文给出了泡状流和环状流平均截面含气率的计算式,经过与实验值的对比,本文提出的平均截面含气率计算式能很好地反映出摇摆状态下水平管平均截面含气率的变化。在不同的流型下,平均截面含气率随流体的质量流量和管路所处位置的改变而发生变化。 通过对摇摆状态下单相水的受力分析,充分考虑了管径、摇摆角度、摇摆周期以及雷诺数等因素的影响,本文提出了单相水摩擦系数的计算式。新提出的计算式能很好地反映出在摇摆这一特定条件下,单相水摩擦系数与时间的关系呈现出近似正弦曲线的周期性变化的特点。以单相水摩擦系数计算式为基础,分别利用均相流模型和分相流模型给出了泡状流和环状流摩擦压降的计算式。研究结果表明,本文提出的摇摆状态下泡状流和环状流摩擦压降的计算值与实验值符合较好。 本文的研究成果可为今后依据流型建立动态条件下两相流动计算的数学物理模型,进行精确计算两相流动和传热提供一定的参考。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O359

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【参考文献】
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