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流动冷凝中截面含气率计算方法研究进展
发稿时间:2015-06-08         作者:郭聪          来源:传热传质研究中心     【字号:

  截面含气率定义为两相流动中气相所占的截面面积与流道截面总面积之比。它是气液两相流动的基本参数之一,确定管路中两相的相对空间分布有利于简化物理模型,计算其他重要的两相流参数。两相流动中由于存在两相之间的相互作用力、液滴的夹带与沉积以及气相的变形,增加了分析流动换热的难度。常见的快速关闭阀门法,是通过同时迅速关闭回路中进口和出口的两个阀门,把封闭在试验段中的两相流体与回路中的其他部分隔离,然后分别测量液体体积和总容积,得到截面含气率的大小。这种实验方法简单实用,但是受到应用场合的限制。因而,通过理论分析得到预测截面含气率的大小是目前常用的方法。 

  中国科学院工程热物理所传热传质研究中心科研人员通过比较发现,由于对相应的机理问题认识不充分,现有的截面含气率计算关系式形式比较复杂,适用范围千差万别,通用性较差。为了得到通用性强的关系式,就需要结合具体的流动特征。 

  经过大量的数据对比,科研人员提出了一种加权平均的方法扩宽了模型的适用范围。一方面,在低质量流速区域,气液两相的速度差较大,气液界面处存在速度滑移,适合使用滑速比模型。另一方面,在高质量流速区域,管壁四周被薄薄的液膜所覆盖,稳定的环状液膜由管子底部上升到顶部时,需要足够的能量来克服由此产生的重力势能,而这些能量可以通过剪切力作用由中间气芯传递给液膜。气芯的动能与液膜重力势能之比与含气率有关,从而可以引入无量纲数来求解截面含气率。 

    如图1所示,科研人员新提出的截面含气率计算关系式具有形式简单、经验参数少及模型基础明确等优点,与实验值比较时能够准确地反映出质量流率、管径与工质物性参数对截面含气率的影响,适用范围较广,可以用来预测流动冷凝时管路沿程的截面含气率大小。研究成果已经被ASME举办的国际会议InterPACKICNMM 2015收录。

图1 预测值与实验值的比较

 
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