氣液兩相流流型試驗(yàn)報(bào)告

1、氣液兩相流流型實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：氣液兩相流流型實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.熟悉臺(tái)架,掌握流量測(cè)量?jī)x表的使用；2,掌握常見(jiàn)兩相流流型的劃分方法及相關(guān)規(guī)律，觀察水平管中不同流型的特點(diǎn)；3,根據(jù)各工況點(diǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制兩相流流型圖，并與典型流型圖做比較。實(shí)驗(yàn)任務(wù)：實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)：(1)測(cè)取不同情況下氣相，液相流量；記錄P氣，P減,t室，tw.(2)判別流型要求：(1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表；(2)繪制口P曲線(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Weisman圖判別流型實(shí)驗(yàn)原理1、水平管道中氣液兩相流流型的劃分及各流型特征在水平管道中的氣液兩相流，由于重力影響使流型結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不對(duì)稱性，因而水平管中的流型特征變得較為復(fù)雜。Oshinowo流型劃分原

2、理使流型變得相對(duì)簡(jiǎn)單，根據(jù)Oshinowo的劃分原則，一般把水平管道中的流型劃分為六種，泡狀流、塞狀流、層狀流、波狀流、彈狀流、環(huán)狀流。(1)泡狀流在泡狀流中，氣相是以分離的氣泡散布在連續(xù)的液相內(nèi)，氣泡趨向于沿管道上半部流動(dòng)，這種流型在含氣率低時(shí)出現(xiàn)。(2)塞狀流在塞狀流中，小氣泡結(jié)合大氣泡，如栓塞狀，分布在連續(xù)的液相內(nèi)，大氣泡也是趨向于沿管道上部流動(dòng)，并且在大氣泡之間還存在一些小氣泡。(3)層狀流在層狀流中，兩個(gè)相的波動(dòng)被一層較光滑的分界面隔開(kāi)，由于重力和密度不同，氣相在上部液相在下部分開(kāi)流動(dòng)。層狀流只有在氣相和液相的速度都很低時(shí)才出現(xiàn)。(4)波狀流當(dāng)氣流速度增大時(shí)，在氣、液分界面上掀起了擾

3、動(dòng)的波浪，分界面由于受到沿流動(dòng)方向的波浪作用而變得波動(dòng)不止。(5)彈狀流當(dāng)氣體流速更高時(shí)，分界面處的波浪被激起與管道上部管壁接觸，并形成以高速沿管道向前推進(jìn)的彈狀塊。(6)環(huán)狀流當(dāng)氣體流速進(jìn)一步增高時(shí)，就形成氣核和環(huán)繞管周的一層液膜，液膜不一定連續(xù)均勻的環(huán)繞整個(gè)管周，管子的下部液膜較厚，在氣芯中也夾帶有液滴。圖1水平不加熱管中的流動(dòng)型式表1水平絕熱管中的流型變化增加液相流量增加氣相流量ST+RST+RST+IWSPBST+RWST+IWSBTS+APFST+RW+DST+LRW+DST+BTSA+RWF+DST+RW+DST+LRW+DA+DA+DF+DF+DDA+RWA+RWA+DA+DA表

4、示環(huán)狀流(annular)；B表示氣泡(bubble);BTS表示中空氣彈(blowthroughslug);D表示液滴(droplet);F表示液膜(film);IW表示平緩波(inertialwave);LRW表示大翻卷波(largerollwave);PB表示氣栓加氣泡(plug&bubble);PF表示氣栓加泡沫(plug&froth)；R表示漣漪波(ripple);RW表示翻卷波(rollwave);S表示氣彈(slug);ST表示層狀流(stratified)。2、典型流型圖介紹(1)Baker流型圖3、兩相流流型的測(cè)量方法(1)目測(cè)法在一個(gè)透明或有觀察孔的流道內(nèi)形

5、成兩相流，直接觀察管道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)。這種方法比較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、直接、方便；但無(wú)法做出高速、實(shí)時(shí)、自動(dòng)的測(cè)量，對(duì)于自動(dòng)化要求比較高的場(chǎng)所很難適應(yīng)，而且不同的觀察著可能得到不同的結(jié)果。盡管如此，目前其它的流型識(shí)別方法最終幾乎都要和目測(cè)結(jié)果做比較來(lái)驗(yàn)證識(shí)別結(jié)果的有效性，這也說(shuō)明了目測(cè)法是流型識(shí)別方法中最可靠的方法之一。(2)高速攝影法采用照相機(jī)或攝像機(jī)，通過(guò)透明管或透明窗口拍攝流體的流動(dòng)狀態(tài)，利用計(jì)算機(jī)分析拍攝到的流體圖像與目測(cè)法觀察到的典型流型圖像比對(duì)，從而確定流型。這種方法特別適合氣液兩相高速流動(dòng)狀態(tài)下流型變化速度快的情況。但存在兩個(gè)問(wèn)題：一是兩相流復(fù)雜的相界面，易產(chǎn)生多重的反射或折射，影響成像的

6、清晰度，妨礙對(duì)流道中心的觀察；二是由于采用高速攝影，得到的數(shù)據(jù)信息太多，使分析變得非常的復(fù)雜。(3)射線衰減法射線衰減法又分為X射線衰減拍片法、多束射線密度法、空泡份額測(cè)定法。三種方法的原理都是利用射線通過(guò)介質(zhì)時(shí)吸收衰減的原理確定流型的。X射線衰減拍片法：在管道的一側(cè)安裝一個(gè)X射線源，另一側(cè)安置照相底片，X射線穿過(guò)管壁及兩相介質(zhì)，到達(dá)照相底片。由于兩相介質(zhì)分布的不同，對(duì)X射線的吸收也不同，使底片產(chǎn)生不同強(qiáng)度的觀光，從而得到管道內(nèi)流體的流型。多束射線密度法：讓射線沿不同的弦線穿過(guò)管道截面，并且在響應(yīng)的位置安裝輻射監(jiān)測(cè)器，如閃爍計(jì)數(shù)器、G-M計(jì)數(shù)管等，根據(jù)測(cè)得的輻射強(qiáng)度，利用一些公式來(lái)求出各條弦線

7、的密度，進(jìn)而確定管道中的流型?？张莘蓊~測(cè)定法：當(dāng)X射線通過(guò)流體，流體對(duì)射線的吸收率隨瞬時(shí)密度的增大而增加(即隨著瞬時(shí)空泡份額的增大而對(duì)射線的吸收率減小)。檢測(cè)器輸出的信號(hào)被轉(zhuǎn)換為代表瞬時(shí)空泡份額的信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，即可得到空泡份額的概率分布，從而確定流型。(4)接觸式探頭法接觸式探頭法又可分為電導(dǎo)探頭法和光導(dǎo)探頭法。電導(dǎo)探頭是通過(guò)測(cè)量探頭針尖處流體導(dǎo)電性的變化來(lái)確定該點(diǎn)的介質(zhì)分布，進(jìn)而確定流型。使用電導(dǎo)探針的基本條件是，兩相流中的氣相和液相的電導(dǎo)率必須有明顯的差別，同時(shí)連續(xù)相必須是導(dǎo)電的。光導(dǎo)探頭的測(cè)量是通過(guò)流體在探頭針尖處對(duì)光強(qiáng)度的影響來(lái)反映在該點(diǎn)的介質(zhì)分布，進(jìn)而確定流型。(5)過(guò)程

8、層析成像法過(guò)程層析成像技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的，是一種以兩相流或多相流為主要對(duì)象的獲取過(guò)程參數(shù)三維分布狀況的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過(guò)對(duì)重建圖像信息的分析以及不同時(shí)刻下重建圖像信息的比較，獲得被測(cè)兩相流管道某一截面上的兩相流分布狀況。過(guò)程層析成像法又分為電容層析成像法、電阻層析成像法兩種。電容層析成像法：不同的兩相介質(zhì)具有不同的介電常數(shù)，通過(guò)電容傳感器測(cè)量獲得介電常數(shù)分布從而獲得介質(zhì)分布的圖像，來(lái)確定流型的電阻層析成像法：是基于不同的流體具有不同的電導(dǎo)率，判斷出處于敏感場(chǎng)中的物體電導(dǎo)率分布，便可知道物場(chǎng)的流體分布情況。(6)壓差波動(dòng)法壓差波動(dòng)法是通過(guò)采集氣液兩相流動(dòng)的壓差信號(hào)，并對(duì)壓差

9、信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的流型識(shí)別方法。4、根據(jù)各工況點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算：氣相折算流速jg=-A液相折算流速jf=-AA=二d2/4式中：Vg一氣相體積，m3/s；Vf液相體積，m3/s；A一管道截面積，m2;d管道直徑，25mm。(1) Baker流型圖以Pgjg/九為縱坐標(biāo)，PfjfW為橫坐標(biāo)繪制Baker流型圖。、1/2橫坐標(biāo)修正系數(shù),=(二)(二)|''a：wj_r1/3縱坐標(biāo)修正系數(shù)中=(-)l(;)(±w)2wNwPf式中：仃w一大氣下20c水的表面張力，0.07N/m；4一大氣下20c水的動(dòng)力粘度，0.001Pas；Pw一大氣下20c水的密度，1000kg/m3;

10、Pa一大氣下20c空氣的密度，1.206kg/m3。(2) Weisman流型圖以jg/科為縱坐標(biāo)，jf/*2為橫坐標(biāo)繪制Weisman流型圖。本實(shí)驗(yàn)1=1,2=2實(shí)驗(yàn)步驟及方法：1、實(shí)驗(yàn)條件：常壓，溫度25C；管徑d=25mm；液相流量范圍0-10.5m3/h,氣相流量范圍0-12m3/h。2、實(shí)驗(yàn)步驟：1、開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)；2、開(kāi)啟兩相流實(shí)驗(yàn)臺(tái)；3、確定水流量，由小到大改變氣流量并記錄數(shù)據(jù)及流型;4、整理記錄的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)繪制兩相流流型圖；5、將繪制的流型圖與典型的流型圖做比較。3、實(shí)驗(yàn)方法：目測(cè)法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總：表2不同流量組合對(duì)應(yīng)的流型單位：m/h水流量1水流量2

11、水流量3水流量4水流量5空氣流量流型空氣流量流型空氣流量流型空氣流量流型空氣流量流型0.25塞0.25塞0.25泡0.25泡0.25泡0.5塞彈0.5塞0.5泡塞0.5泡塞0.5泡塞0.75彈0.75塞0.75泡塞0.75泡塞0.75泡塞1彈1塞1塞1泡彈1泡塞1.25彈1.25塞1.25塞1.25泡彈1.25泡塞1.5彈1.5泡彈1.5泡彈1.5彈1.5彈1.75彈1.75泡彈1.75泡彈1.75彈1.75彈2彈2泡彈2泡彈2彈2彈2.25彈2.25泡彈2.25泡彈2.25彈2.25彈2.5彈2.5泡彈2.5彈2.5彈2.5彈2.8彈2.8泡彈2.8彈2.8彈2.8彈3.2彈3.2彈3.2彈

12、3.2彈3.2彈3.6彈3.6彈3.6彈3.6彈3.6彈4彈4彈4彈環(huán)4彈環(huán)4彈4.4彈4.4彈4.4彈環(huán)4.4彈環(huán)4.4彈4.8彈4.8彈4.8彈環(huán)4.8彈環(huán)4.8彈環(huán)5.2彈5.2彈5.2彈環(huán)5.2彈環(huán)5.2彈環(huán)5.6彈5.6彈環(huán)5.6彈環(huán)5.6環(huán)5.6環(huán)6彈6彈環(huán)6彈環(huán)6環(huán)6環(huán)6.8彈6.8彈環(huán)6.8環(huán)6.8環(huán)6.8環(huán)7.2彈7.2彈環(huán)7.2環(huán)7.2環(huán)7.2環(huán)8彈8環(huán)8環(huán)8環(huán)8環(huán)水流量6水流量7水流量8水流量9空氣流量流型空氣流量流型空氣流量流型空氣流量流型0.25泡0.25泡0.25泡0.25環(huán)0.5泡0.5泡0.5泡0.5環(huán)0.75泡0.75泡0.75泡環(huán)0.75環(huán)1泡1泡1泡環(huán)1環(huán)

13、1.25泡1.25泡1.25泡環(huán)1.25環(huán)1.5泡1.5泡1.5泡環(huán)1.5環(huán)1.75泡1.75泡1.75泡環(huán)1.75環(huán)2泡2泡2環(huán)2環(huán)2.25泡環(huán)2.25泡環(huán)2.25環(huán)2.25環(huán)2.5泡環(huán)2.5泡環(huán)2.5環(huán)2.5環(huán)2.8泡環(huán)2.8泡環(huán)2.8環(huán)2.8環(huán)3.2泡環(huán)3.2泡環(huán)3.2環(huán)3.2環(huán)3.6泡環(huán)3.6泡環(huán)3.6環(huán)3.6環(huán)4泡環(huán)4環(huán)4環(huán)4環(huán)4.4泡環(huán)4.4環(huán)4.4環(huán)4.4環(huán)4.8環(huán)4.8環(huán)4.8環(huán)4.8環(huán)5.2環(huán)5.2環(huán)5.2環(huán)5.2環(huán)5.6環(huán)5.6環(huán)5.6環(huán)5.6環(huán)6環(huán)6環(huán)6環(huán)6環(huán)6.8環(huán)6.8環(huán)6.8環(huán)6.8環(huán)7.2環(huán)7.2環(huán)7.2環(huán)7.2環(huán)8環(huán)8環(huán)8環(huán)8環(huán)2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)

14、以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做如下處理：0.1MPa,25c時(shí),液相密度Pf=997kg/m3;氣相密度Pg=1.155kg/m3;液相表面張力:=0.072N/m；液相動(dòng)力粘度=890.0810“kg/(ms)表3氣液兩相對(duì)應(yīng)的折算速度液相流量Vf(n3/h)液相折算速度jf(m/s)氣相流量Vg(m/h)氣相折算速度jg(m/s)氣相流量Vg(m/h)氣相折算速度jg(m/s)0.50.2829420.250.14147163.3953061.00.5658840.50.2829426.43.6216591.50.8488260.750.4244136.83.8480132.01.13176910.565

15、8847.24.0743672.51.4147111.250.7073557.64.300723.01.6976531.50.84882684.5270743.51.9805951.750.9902974.02.26353721.1317694.52.5464792.251.273245.02.8294212.51.4147115.53.1123632.81.5844766.03.3953063.21.810836.53.6782483.62.0371837.03.9611942.2635377.54.2441324.42.4898918.04.5270744.82.7162448.54.81

16、00165.22.9425989.05.0929585.63.168952表4流型圖坐標(biāo)匯總表Baker流型圖坐標(biāo)Weisman流型圖坐標(biāo)橫坐標(biāo)pf*jf*6八.，2、(kg/(ms)縱坐標(biāo)pg*jg/入.，2、(kg/(ms)橫坐標(biāo)jf/62(m/s)縱坐標(biāo)jg/61(m/s)275.08250.1672195.0834470.2829420.1414714.30072550.1650.3344375.3509960.5658840.2829424.527074825.24760.5016565.6185460.8488260.4244134.7534281100.330.6688755.8

17、860961.1317690.5658844.9797811375.4130.8360936.1536461.4147110.7073555.2061351650.4951.0033126.4211961.6976530.8488265.4324891925.5781.170536.6887461.9805950.9902975.6588432200.661.3377496.9562952.2635371.1317695.8851962475.7431.5049687.2238452.5464791.273246.111552750.8251.6721867.4913952.8294211.4

18、147116.3379043025.9081.8728497.7589453.1123631.5844766.5642573300.992.1403998.0264953.3953061.810836.7906113576.0732.4079488.2940443.6782482.0371837.0169653851.1552.6754988.5615943.961192.2635377.2433184126.2382.9430488.8291444.2441322.4898917.4696724401.323.2105989.0966944.5270742.7162447.696026467

19、6.4033.4781489.3642444.8100162.9425987.922384951.4853.7456989.6317945.0929583.1689528.1487335226.5684.0132479.8993435.37593.3953068.3750875501.654.28079710.166895.6588433.6216598.6014414.54834710.434443.8480138.8277944.81589710.701994.0743679.0541483、繪制兩相流型圖根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的Baker流型圖、Weisma磁型圖如圖2、圖3所示:1210987654321011050010001500200025003000350040004500500055006000Pf*jf*4(kg/(m2s)圖2Baker流型圖10987