氣液兩相流流型試驗報告

1、氣液兩相流流型實驗報告實驗名稱：氣液兩相流流型實驗目的：1.熟悉臺架,掌握流量測量儀表的使用；2,掌握常見兩相流流型的劃分方法及相關規(guī)律，觀察水平管中不同流型的特點；3,根據各工況點實驗數據繪制兩相流流型圖，并與典型流型圖做比較。實驗任務：實驗測量數據：(1)測取不同情況下氣相，液相流量；記錄P氣，P減,t室，tw.(2)判別流型要求：(1)實驗數據匯總表；(2)繪制口P曲線(3)根據實驗數據用Weisman圖判別流型實驗原理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構呈現不對稱性，因而水平管中的流型特征變得較為復雜。Oshinowo流型劃分原

2、理使流型變得相對簡單，根據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，氣泡趨向于沿管道上半部流動，這種流型在含氣率低時出現。(2)塞狀流在塞狀流中，小氣泡結合大氣泡，如栓塞狀，分布在連續(xù)的液相內，大氣泡也是趨向于沿管道上部流動，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，兩個相的波動被一層較光滑的分界面隔開，由于重力和密度不同，氣相在上部液相在下部分開流動。層狀流只有在氣相和液相的速度都很低時才出現。(4)波狀流當氣流速度增大時，在氣、液分界面上掀起了擾

3、動的波浪，分界面由于受到沿流動方向的波浪作用而變得波動不止。(5)彈狀流當氣體流速更高時，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的彈狀塊。(6)環(huán)狀流當氣體流速進一步增高時，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、兩相流流型的測量方法(1)目測法在一個透明或有觀察孔的流道內形

5、成兩相流，直接觀察管道內的流動狀態(tài)。這種方法比較簡單、經濟、直接、方便；但無法做出高速、實時、自動的測量，對于自動化要求比較高的場所很難適應，而且不同的觀察著可能得到不同的結果。盡管如此，目前其它的流型識別方法最終幾乎都要和目測結果做比較來驗證識別結果的有效性，這也說明了目測法是流型識別方法中最可靠的方法之一。(2)高速攝影法采用照相機或攝像機，通過透明管或透明窗口拍攝流體的流動狀態(tài)，利用計算機分析拍攝到的流體圖像與目測法觀察到的典型流型圖像比對，從而確定流型。這種方法特別適合氣液兩相高速流動狀態(tài)下流型變化速度快的情況。但存在兩個問題：一是兩相流復雜的相界面，易產生多重的反射或折射，影響成像的

6、清晰度，妨礙對流道中心的觀察；二是由于采用高速攝影，得到的數據信息太多，使分析變得非常的復雜。(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、空泡份額測定法。三種方法的原理都是利用射線通過介質時吸收衰減的原理確定流型的。X射線衰減拍片法：在管道的一側安裝一個X射線源，另一側安置照相底片，X射線穿過管壁及兩相介質，到達照相底片。由于兩相介質分布的不同，對X射線的吸收也不同，使底片產生不同強度的觀光，從而得到管道內流體的流型。多束射線密度法：讓射線沿不同的弦線穿過管道截面，并且在響應的位置安裝輻射監(jiān)測器，如閃爍計數器、G-M計數管等，根據測得的輻射強度，利用一些公式來求出各條弦線

7、的密度，進而確定管道中的流型?？张莘蓊~測定法：當X射線通過流體，流體對射線的吸收率隨瞬時密度的增大而增加(即隨著瞬時空泡份額的增大而對射線的吸收率減小)。檢測器輸出的信號被轉換為代表瞬時空泡份額的信號，然后對信號進行分析，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探頭法和光導探頭法。電導探頭是通過測量探頭針尖處流體導電性的變化來確定該點的介質分布，進而確定流型。使用電導探針的基本條件是，兩相流中的氣相和液相的電導率必須有明顯的差別，同時連續(xù)相必須是導電的。光導探頭的測量是通過流體在探頭針尖處對光強度的影響來反映在該點的介質分布，進而確定流型。(5)過程

8、層析成像法過程層析成像技術是20世紀80年代中期發(fā)展起來的，是一種以兩相流或多相流為主要對象的獲取過程參數三維分布狀況的在線實時監(jiān)測技術。通過對重建圖像信息的分析以及不同時刻下重建圖像信息的比較，獲得被測兩相流管道某一截面上的兩相流分布狀況。過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：不同的兩相介質具有不同的介電常數，通過電容傳感器測量獲得介電常數分布從而獲得介質分布的圖像，來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率，判斷出處于敏感場中的物體電導率分布，便可知道物場的流體分布情況。(6)壓差波動法壓差波動法是通過采集氣液兩相流動的壓差信號，并對壓差

9、信號進行統(tǒng)計分析的流型識別方法。4、根據各工況點的實驗數據計算：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，PfjfW為橫坐標繪制Baker流型圖。、1/2橫坐標修正系數,=(二)(二)|''a：wj_r1/3縱坐標修正系數中=(-)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，jf/*2為橫坐標繪制Weisman流型圖。本實驗1=1,2=2實驗步驟及方法：1、實驗條件：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、實驗步驟：1、開啟空氣壓縮機；2、開啟兩相流實驗臺；3、確定水流量，由小到大改變氣流量并記錄數據及流型;4、整理記錄的數據，并根據數據繪制兩相流流型圖；5、將繪制的流型圖與典型的流型圖做比較。3、實驗方法：目測法實驗數據記錄及處理1、實驗數據匯總：表2不同流量組合對應的流型單位：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、實驗數據處理：根據實驗原理，對

14、以上實驗數據做如下處理：0.1MPa,25c時,液相密度Pf=997kg/m3;氣相密度Pg=1.155kg/m3;液相表面張力:=0.072N/m；液相動力粘度=890.0810“kg/(ms)表3氣液兩相對應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流型圖坐標匯總表Baker流型圖坐標Weisman流型圖坐標橫坐標pf*jf*6八.，2、(kg/(ms)縱坐標pg*jg/入.，2、(kg/(ms)橫坐標jf/62(m/s)縱坐標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實驗數據繪制的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