非線性振動下傾斜通道氣液兩相流動實驗研究

孫 博, 周云龍, 常 赫

(東北電力大學 能源與動力工程學院, 吉林 吉林 132012)

1 前 言

近年來，兩相流憑借其良好的傳熱性能廣泛應用于化工、石油及核反應堆等領域[1]。與此同時，船舶及漂浮式核能海水淡化等行業也處于飛速發展階段[2-4]，受海洋等自然條件的影響，設備元件會發生傾斜、搖擺及振動等情況[5-6]，進而影響氣液兩相流動情況及設備的安全運行[7]。

目前，國內外學者對搖擺狀態下通道內兩相流動規律進行大量研究[8-12]。張金紅等[13]通過研究搖擺狀態下的圓管內流型，發現流型隨搖擺周期發生周期性變化。曹夏昕等[14]通過對單相水阻力特性的研究發現搖擺明顯改變管內摩擦阻力系數。與之相比，對非線性振動工況下流體流動的研究則鮮有報道。事實上，兩相流是一個復雜的非線性動力學系統，由于氣液相界面存在復雜的界面效應，其內部流動結構變化與壓力波動信號有著緊密的聯系[15-17]。PENDYALA 等[18-19]通過研究振動工況下垂直管內兩相流動及壓降，得出低頻振動可以加大流體流速及壓降波動。JING 等[20]實驗研究波動條件下狹長窄矩形通道內空隙率的分散情況。BARNEA 等[21]通過改變傾斜通道角度實驗研究流型轉變規律。由此可見，國內外學者對非線性振動下傾斜通道內氣液兩相流型及流型轉換界限等尚未得出統一的結論。

鑒此，為進一步揭示非線性振動對傾斜通道內流體流動的影響，避免振動工況下不利于設備安全運行的流型出現，本文通過實驗對比不同振動參數及傾角對流型轉換界限及空隙率的影響，并探討適用于非線性振動工況下傾斜通道內空隙率的計算方法，以期為工程實際應用提供一定的安全保障。……