管束间气液两相流动特性的研究进展

作者:洪文鹏;滕飞宇;刘燕 刊名:化工机械 上传者:周思佳

【摘要】综述了气液两相流体横掠水平管束流动特性的最新进展。对先前研究气液两相流体向上、向下流过顺列和错列管束时的含气率、流型和压降特性进行了归纳和分析,详细介绍了绝热条件下基于实验结果建立的流型图、预测含气率和摩擦压降的半经验公式以及各种预测方法的差异。最后,表明发展数据和建立模型仍是绕流研究的重点。

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管束间气液两相流动特性的研究进展* 洪文鹏**1 滕飞宇1 刘 燕2 ( 1. 东北电力大学能源与动力工程学院;2. 华北电力大学能源与动力工程学院) 摘 要 综述了气液两相流体横掠水平管束流动特性的最新进展。对先前研究气液两相流体向上、向下流过顺列和错列管束时的含气率、流型和压降特性进行了归纳和分析,详细介绍了绝热条件下基于实验结果建立的流型图、预测含气率和摩擦压降的半经验公式以及各种预测方法的差异。最后,表明发展数据和建立模型仍是绕流研究的重点。 关键词 换热器 气液两相流 流型 压降 管束 含气率 中图分类号 TQ051. 5 文献标识码 A 文章编号 0254-6094( 2012) 02-0124-07 设备的换热特性是一个复杂的气液两相流动和传热相互作用的过程,而驱动静压力与加速压降、摩擦压降之间的平衡决定其流动结构。管束间的两相流动广泛应用于石油化工、电力及制冷等工业领域中的锅炉、蒸发器、冷凝器以及核反应堆等换热设备中[1]。由于流动方向、管束排列、管间距、管排数以及管径等几何参数的增加,使得绕管束流动比管内流动复杂,含气率是反映流动特性的一个重要参数。求含气率模型必须计算与密度、粘度及速度等流动参数相关的静压力和压降,而压降与流动结构密切相关。气液两相流型在避免流体振动方面起重要作用,特别是在流体高速流动的换热器中[2]。然而,对管束间的气液两相流研究较管内研究较少。目前国内外的研究工作主要集中在空气 - 水混合物向上或向下流过顺列、错列管束时的流型图,含气率预测和摩擦压降方面,且近十年以来对管束流动特性的研究较少,大部分是以空气和水的混合物为两 相 流 动 介 质,质量流速范围在 30 ~ 1 000kg/( m2·s) 。 对 质 量 流 速 分 布 在5 ~30kg/( m2·s) 制冷系统研究则很少。笔者主要对气液两相流绕水平管束时的动力特性( 流型、含气率、压降) 进行简要评述。 1 流型 不同的流型有着完全不同的流动规律、相间阻力和传热规律[3]。影响流型的因素很多,包括流动的初始状况、管束前后的流动、流动参数及几何尺寸等。表 1 是国内外关于管束间气液两相流动特性的研究情况。从表 1 可以看到,前人主要对两相流垂直、水平流过错列和顺列布置管束的情况进行了研究,多以换热器和管束为研究对象,着重研究了换热器和管束中不同管径、管间距、排列方式、流动方向以及不同流体物性等对流型的 影响。 Grant I D R 和 Chisolm D[5]采用目测法研究了卧式折流板壳管式换热器模型上空气 - 水混合物垂直、水平流动时的流型分布。在不同的气相和液相条件下得到了垂直和水平流动方向上存在的多种流型,包括雾状流、泡状流、间歇流、分层 -雾状流和分层流,并绘制了流型图。雾状流和泡状流在垂直和水平流动方向上都能观察到,间歇流只发生在垂直流动方向,而分层 - 雾状流和分层流只出现在水平流动方向。在垂直向上流动方向,为了能够更加客观地识别两相流流态,Ulbrich R 和 Mewes D[10]利用摄影技术和摄像机观察到了泡状流、间歇流和弥散流。弥散流是小气泡在 421 化 工 机 械 2012 年 *** 东北电力大学博士基金项目( BSJXM-201009) 。 洪文鹏,男,1970 年 4 月生,教授。吉林省吉林市,132012。 表 1 绕流特性研究概况 作 者 流动方向 管束特性 柱数 × 排数: s/D; D/mm 流体( 温度/℃) ; 压力/kPa G/kg·m -2·s -1; 质量含气率 Diehl J L[4] ↓ 5

参考文献

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