U形管内气液两相流流动及其诱导振动特性研究
发布时间：2023-11-11 12:22
U形管作为基本的流动与传热组件广泛应用在蒸发器、冷凝器、蒸汽发生器、汽水换热器等两相流热交换器中。与直管相比,两相流体在U形管内受到离心力、重力、浮力等作用产生二次流和复杂多变的流动形态,不同流型也会诱导换热管的振动。这些对换热器的压降传热及安全性能有重要的影响。因此,研究U形管内两相流的流动特征、阻力特性以及流体诱导振动特性,可为U形管换热设备的设计和安全运行提供重要的理论依据。本文采用实验研究及理论分析方法,对U形管内气液两相流的流动及诱导振动特性进行了系统研究,主要成果如下:搭建了空气和水两相流在横向U形管内流动的实验台,研究了 U形管直管内两相流的流动特性。采用高速摄像仪获得了 U形弯头和直管段内的两相流动图像,并用压力传感器测量了弯头上下游直管段轴向多测点压力梯度的变化,结果表明弯头邻近直管段的压力梯度远大于远端直管段的压力梯度;通过分析直管压力梯度沿轴向的变化规律,给出了各实验工况下U形弯头对直管的无量纲干扰长度Lp/D,发现实验范围内Lp/D<60。同时分析了无量纲干扰长度的影响因素,发现随体积含气率β的增大,Lp/D呈现先缓慢增大而后急剧降低的右偏单峰式分布,且在...
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 管内气液两相流流动特性研究进展
1.2.1 直管内气液两相流的流动特性
1.2.2 U形管内气液两相流的流动特性
1.3 单相流诱导管道振动研究概况
1.4 气液两相流诱导管道振动研究进展
1.4.1 管外轴向气液两相流诱导振动
1.4.2 管外横向气液两相流诱导振动
1.4.3 管内气液两相流诱导振动
1.5 本文研究内容
第二章 U形管直管内两相流流动特性实验研究
2.1 实验系统及装置
2.1.1 空气源流路
2.1.2 水源流路
2.1.3 实验测试段
2.1.4 可视化系统
2.1.5 数据采集系统
2.1.6 实验参数测量
2.2 实验测试方案
2.2.1 实验条件
2.2.2 实验准备
2.2.3 实验步骤
2.3 实验数据处理方法
2.4 实验系统及结果可靠性
2.4.1 实验系统可靠性
2.4.2 实验结果重复性
2.4.3 实验结果不确定度
2.5 结果与分析
2.5.1 U形管直管段摩擦压降与预测模型比较
2.5.2 U形管前后直管段流动特性比较
2.5.3 U形弯头对直管内流体干扰长度
2.5.4 U形管直管段压力脉动的轴向传播特性
2.6 本章小结
第三章 U形管内气液两相流流型的识别
3.1 实验方法
3.1.1 实验系统与方案
3.1.2 实验数据处理方法
3.2 实验可靠性分析
3.2.1 实验结果重复性
3.2.2 实验结果不确定度
3.3 向下流动流型分析
3.3.1 分层-塞状流(STP)
3.3.2 塞状-泡状流(PB)
3.3.3 段塞-波形流(SLW)
3.3.4 环状-波形流(AW)
3.3.5 环状弥散流(AD)
3.4 向上流动流型分析
3.4.1 分层-搅拌流(STC)
3.4.2 塞状-泡状流(PB)
3.4.3 段塞-波形流(SLW)
3.4.4 环状-波形流(AW)
3.4.5 环状弥散流(AD)
3.5 流型图分析
3.5.1 流型图
3.5.2 流型图的比较
3.6 U形管内流型客观识别新方法
3.6.1 流型识别指标
3.6.2 基于SKEPSD-RMES的流型识别
3.7 本章小结
第四章 U形管内气液两相流压降特性研究
4.1 实验方法
4.1.1 实验系统与方案
4.1.2 实验数据处理方法
4.2 U形管压降损失影响因素
4.2.1 气液表观流速对压降损失的影响
4.2.2 管径对压降损失的影响
4.2.3 流动方向对压降损失的影响
4.3 U形管内压降损失预测关联式
4.3.1 U形弯头内压降预测关联式的评价
4.3.2 U形管内压降损失预测关联式的建立
4.4 本章小结
第五章 U形管内气液两相流诱导振动特性的实验研究
5.1 实验系统及装置
5.1.1 实验测试段
5.1.2 数据采集系统
5.1.3 实验参数测量
5.2 实验测试方案
5.2.1 实验条件
5.2.2 实验准备
5.2.3 实验步骤
5.3 实验数据处理方法
5.4 实验结果可靠性
5.4.1 实验结果重复性
5.4.2 实验结果不确定度
5.5 结果与分析
5.5.1 U形管模态分析
5.5.2 U形管内气液两相流诱导振动形式
5.5.3 U形管振动响应的轴向变化规律
5.5.4 U形管振动响应的影响因素
5.5.5 U形管内气液两相流诱导振动机制
5.6 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 主要创新点
6.3 不足与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表学术论文目录
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3862585
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【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 管内气液两相流流动特性研究进展
1.2.1 直管内气液两相流的流动特性
1.2.2 U形管内气液两相流的流动特性
1.3 单相流诱导管道振动研究概况
1.4 气液两相流诱导管道振动研究进展
1.4.1 管外轴向气液两相流诱导振动
1.4.2 管外横向气液两相流诱导振动
1.4.3 管内气液两相流诱导振动
1.5 本文研究内容
第二章 U形管直管内两相流流动特性实验研究
2.1 实验系统及装置
2.1.1 空气源流路
2.1.2 水源流路
2.1.3 实验测试段
2.1.4 可视化系统
2.1.5 数据采集系统
2.1.6 实验参数测量
2.2 实验测试方案
2.2.1 实验条件
2.2.2 实验准备
2.2.3 实验步骤
2.3 实验数据处理方法
2.4 实验系统及结果可靠性
2.4.1 实验系统可靠性
2.4.2 实验结果重复性
2.4.3 实验结果不确定度
2.5 结果与分析
2.5.1 U形管直管段摩擦压降与预测模型比较
2.5.2 U形管前后直管段流动特性比较
2.5.3 U形弯头对直管内流体干扰长度
2.5.4 U形管直管段压力脉动的轴向传播特性
2.6 本章小结
第三章 U形管内气液两相流流型的识别
3.1 实验方法
3.1.1 实验系统与方案
3.1.2 实验数据处理方法
3.2 实验可靠性分析
3.2.1 实验结果重复性
3.2.2 实验结果不确定度
3.3 向下流动流型分析
3.3.1 分层-塞状流(STP)
3.3.2 塞状-泡状流(PB)
3.3.3 段塞-波形流(SLW)
3.3.4 环状-波形流(AW)
3.3.5 环状弥散流(AD)
3.4 向上流动流型分析
3.4.1 分层-搅拌流(STC)
3.4.2 塞状-泡状流(PB)
3.4.3 段塞-波形流(SLW)
3.4.4 环状-波形流(AW)
3.4.5 环状弥散流(AD)
3.5 流型图分析
3.5.1 流型图
3.5.2 流型图的比较
3.6 U形管内流型客观识别新方法
3.6.1 流型识别指标
3.6.2 基于SKEPSD-RMES的流型识别
3.7 本章小结
第四章 U形管内气液两相流压降特性研究
4.1 实验方法
4.1.1 实验系统与方案
4.1.2 实验数据处理方法
4.2 U形管压降损失影响因素
4.2.1 气液表观流速对压降损失的影响
4.2.2 管径对压降损失的影响
4.2.3 流动方向对压降损失的影响
4.3 U形管内压降损失预测关联式
4.3.1 U形弯头内压降预测关联式的评价
4.3.2 U形管内压降损失预测关联式的建立
4.4 本章小结
第五章 U形管内气液两相流诱导振动特性的实验研究
5.1 实验系统及装置
5.1.1 实验测试段
5.1.2 数据采集系统
5.1.3 实验参数测量
5.2 实验测试方案
5.2.1 实验条件
5.2.2 实验准备
5.2.3 实验步骤
5.3 实验数据处理方法
5.4 实验结果可靠性
5.4.1 实验结果重复性
5.4.2 实验结果不确定度
5.5 结果与分析
5.5.1 U形管模态分析
5.5.2 U形管内气液两相流诱导振动形式
5.5.3 U形管振动响应的轴向变化规律
5.5.4 U形管振动响应的影响因素
5.5.5 U形管内气液两相流诱导振动机制
5.6 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 主要创新点
6.3 不足与展望
参考文献
致谢
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学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3862585
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