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水平管气液两相高聚物减阻流动的研究

赵作广  
【摘要】: 利用添加剂降低输送管道系统的摩擦阻力,提高输送量,对节约能源和设备投资,具有重要意义。本文在前人研究添加剂、湍流理论、单相流减阻效应和多相流流动特性的基础上,开展了高聚物对水平管气液两相流影响的研究。从验证压力梯度模型和减阻模型入手进一步研究和探索了高聚物对气液两相流的减阻机理。通过压力梯度模型得出,水平管气液两相流的压力梯度主要是由界面摩擦力、液滴夹带和气体压力引起的,并界定了该模型的应用范围。通过减阻模型的验证得出,其预测值和实验数据误差小于5%;发现在不同的气体折算速度和液体折算速度时,界面摩擦力和液滴夹带交替占据着水平管气液两相流处于环形流型时减阻机理的控制地位;还发现管道直径和管道系统的绝对压力影响着界面摩擦力和液滴夹带在减阻机理中的相对作用大小。 然后运用计算流体力学(CFD)的方法对水平管气液两相流流型进行了数值模拟,模拟了保持液体流量不变逐渐增大气体流量和保持气体流量不变逐渐减小液体流量对水平管气液两相流流型的影响,选定了用于模拟气液两相在管道中流动的模型—VOF模型,采用非稳态、隐式分离求解算法进行数值计算,对管道内流型进行分析。在确定Fluent模拟出的流型图和曼德汉流型图基本吻合后,进一步研究了不同浓度的高聚物水溶液对水平管气液两相流流型的影响。通过对比可以直观地看出管道中心的液滴夹带减小,管道底部液膜的增多,但从界面摩擦力的角度来解释多相流减阻机理仍具有局限性。 减阻模型预测和两相流流型模拟在一定程度上说明了高聚物在两相流的减阻机理,还有许多空间需要进一步深入地研究。


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