波动式分层流水平管气力输送的特性研究

摘要

工业级管道气力输送的流型研究尚未像气液两相流那样发展完善，仍然需要更多翔实的研究。本文根据波动式分层流动的物理形态，建立了波动式分层流动的数学模型。波动式分层流动是对传统分层流动的改进，虽然横截面上仍然分为上层稀相悬浮层与下层密相滑动层，但与传统的分层流动不同，波动式分层流动认为密相滑动层的层高处于不断变化之中，呈现出波动状态。对本文所搭建的DN150大管径管道内的流型观察，以及管道测压点的压力试验值的测量证实了这一波动流型的存在。
　　 本文多组试验表明：管径相同且固气比相同的情况下，输送压力增大，固体质量流量增加，输送能力增大。随着固气比增大，输送能力增强，单位管长压降也就越大。在试验范围内，气速增大，管底滑动层变薄，单位管长的压降反而减小。
　　 本文将颗粒视为拟流体，采用力的平衡法建立了数学模型。模型中考虑了上下两层气固两相之间的速度滑移以及上下层的质量交换，分别对上下两层的气固两相分别建立了连续性方程与动量守恒方程。数值计算主要考虑稳态过程的平均压降变化和处于固定截面上的层高随时间的变化。计算结果表明：层高的变化能够真实反映试验观察到的流型波动样式。最后将试验数据进行回归，证明数值模拟结果能与实验结果在相对误差小于-15.84％～+31.71％的范围内相一致。