垂直上升管内两相流旋涡脱落特性研究.docx

垂直上升管内两相流旋涡脱落特性研究
摘要：
在水力输送系统中，垂直上升管内两相流是一种常见的流动形式。本研究通过实验和数值模拟，探究了垂直上升管内两相流旋涡脱落的特性。实验结果表明，当气相流量增加时，旋涡脱落频率增大，旋涡脱落的幅度和持续时间也增加。数值模拟结果进一步证明了实验结果的可靠性，并对旋涡脱落的机制做出了解释。本研究对于深入了解垂直上升管内两相流的复杂流动特性具有重要意义。
关键词：
垂直上升管；两相流；旋涡脱落；实验；数值模拟
Abstract:
Inhydraulictransportsystem,verticalup-bubbleflowisacommonflowpattern.Inthisstudy,throughexperimentandnumericalsimulation,thecharacteristicsofvortexsheddinginverticalup-bubbleflowwereinvestigated.Theexperimentalresultsshowthatwhenthegasphaseflowrateincreases,thefrequencyofvortexsheddingincreasesandtheamplitudeanddurationofvortexsheddingalsoincrease.Thenumericalsimulationresultsfurtherprovethereliabilityoftheexperimentalresultsandexplainthemechanismofvortexshedding.Thisstudyisofgreatsignificanceforadeepunderstandingofthecomplexflowcharacteristicsofverticalup-bubbleflow.
Keywords:
Verticalup-bubbleflow;two-phaseflow;vortexshedding;experiment;numericalsimulation
一、研究背景
在水力输送系统中，垂直上升管内两相流是一种常见的流动形式。在垂直上升管内，液体流体和气体流体是以完全不同的方式上升的。液体主要通过粘性作用上升，而气体则主要通过流体动力学效应上升。由于气液两相流的相互作用，垂直上升管内两相流具有非常复杂的流动特性，旋涡脱落现象是其中一个最突出的特征之一。
二、实验装置和方法
本研究采用了水和空气作为液体和气体相，设计了一套实验装置，主要包括上升管、水箱、高速摄像机、压力传感器、流量计等设备。采用了不同的气相流量和液相流量组合，记录了旋涡脱落频率、幅度和持续时间等参数，通过实验数据对旋涡脱落的特性进行了分析。
三、实验结果
实验结果表明，气相流量对旋涡脱落有显著的影响。随着气相流量的增加，旋涡脱落频率增大，旋涡脱落的幅度和持续时间也增加。同时，当气相流量达到一定范围时，旋涡脱落的幅度和持续时间变得更加不规则，出现了多个不同频率和幅度的旋涡脱落现象。
四、数值模拟
为了更加深入地了解旋涡脱落的机制，本研究还采用了数值模拟方法。数值模拟结果进一步证明了实验结果的可靠性，并对旋涡脱落的机制做出了解释。数值模拟结果显示，在不同气流速度和液体高度下，旋涡脱落的位置和强度有所不同，但都是由于流动不稳定性引起的。
五、结论
本研究通过实验和数值模拟，探究了垂直上升管内两相流旋涡脱落的特性。实验结果表明，当气相流量增加时，旋涡脱落频率增大，旋涡脱落的幅度和持续时间也增加。数值模拟结果进一步证明了实验结果的可靠性，并对旋涡脱落的机制做出了解释。本研究对于深入了解垂直上升管内两相流的复杂流动特性具有重要意义。
参考文献：
1.WuJ,GaoZ,ZhangL.Theoreticalanalysisofpressuredropandgasholdupinverticaltwo-phaseflow[J].ChemicalEngineeringScience,2013,100:505-516.
2.CaoX,QiaoW,HaoJ.Pressuredropinverticaltwo-phaseflow:anexperimentalandnumericalstudy[J].ChemicalEngineeringScience,2014,109:51-63.
3.LiY,ZhaX,ChenL.Numericalsimulationandexperimentoftheflowcharacteristicsofaverticalupwardtwo-phaseflowinasmall-diameterpipe[J].InternationalJournalo