垂直弯管中段塞流的响应特性实验研究

摘要

段塞流作为两相混输过程中的一种较常见而且具有一定危害性的流型，一直以来是两相流动研究的热点之一。为了研究垂直弯管中段塞流通过过程的信号响应特性，本研究进行了垂直弯管中段塞流的实际流动模拟实验，在内径25mm，圆心角同为90°，弧长分别为500mm、600mm、700mm、800mm的有机玻璃制垂直弯管内对段塞流流动过程中的信号响应特性进行了认真且深入的研究。同时利用各种数学工具对段塞流流动过程中采集到的参数进行分析，从多个角度分析研究了垂直弯管中段塞流的信号响应特性。主要的研究内容和结论如下：
　　本研究系统的研究了垂直弯管中段塞流压力、压差信号的响应特性。结果表明垂直弯管中液速对段塞流液塞频率的影响远大于气速对其的影响；此外，增大液速或者气速均会带垂直弯管体系内的压力和压差的增大；同时在压力与压差的信号方面，两者表现出了表观上不同的变化特点。
　　在概率密度分布形态方面，压力信号的概率密度分布呈多样性分布，随着垂直弯管弧长的增大压力概率密度的形态逐渐转变为较稳定的单峰和双峰分布；压差信号的概率密度分布普遍呈双峰分布，随着垂直弯管弧长的增加，概率密度分布的形态呈逐渐向单峰转变的趋势；此外，增大液速或者气速均会增加概率密度分布的分散性。
　　研究压差信号的功率谱密度分布后表明，增大液速或者气速均会引起功率谱分布函数变化的范围增大、幅度增大；随着垂直弯管弧长的增加压差信号功率谱的波动频率范围呈逐渐变小的趋势。
　　研究以垂直弯管为对比核心，与同工况下的水平直管以及竖直管内段塞流的信号响应特性进行了对比研究。结果表明，压力信号方面，垂直弯管内段塞流的压力变化值大小处于其他两种管型内的变化之间(小于水平直管且大于竖直管)；垂直弯管内压力数据变化的分散性强于水平直管内的数据，而垂直弯管内压力数据的分散性与竖直管中类似。在压差信号的对比方面，垂直弯管中压差数据的变化整体小于水平直管内的变化，而且整体大于竖直管内的数值变化；同时发现垂直弯管和竖直管中的压差会出现负压差值；此外对比表明，水平直管内压差数据的分散性及其波动的幅度最小，而竖直管内的该系列数据最大，而垂直弯管内的压差数据分散性及其波动幅度则介于上述的两者之间。

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第一章 绪论

1.1研究目的与意义

1.2段塞流的研究现状

1.3文章的主要研究内容

第二章 实验系统及数据处理

2.1实验系统的组成与主要设备

2.2测量装置

2.3数据采集系统

2.4 实验介质及参数

2.5 实验过程

2.6 实验数据理论分析

第三章 垂直弯管中段塞流的压力波动

3.1垂直弯管中段塞流的压力信号波动

3.2垂直弯管中段塞流压力波动信号的概率密度分布

第四章 垂直弯管中段塞流的压差波动

4.1 垂直弯管中段塞流的压差信号波动

4.2 垂直弯管中段塞流压差信号的概率密度分布

4.3 垂直弯管中段塞流压差信号的功率谱密度分布

第五章 垂直弯管内段塞流的响应特性与其他管型的对比

5.1 垂直弯管中段塞流与水平直管中段塞流压力波动信号的对比

5.2 垂直弯管中段塞流与竖直管中段塞流压力波动信号的对比

5.3垂直弯管中段塞流与水平直管中段塞流的压差波动对比

5.4垂直弯管中段塞流与竖直管中段塞流压差波动对比

第六章结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文