垂直上升管内气液两相流钝体绕流的数值模拟与实验研究

摘要

气液两相流广泛存在于自然界和工业生产中,充分地认识气液两相钝体绕流的规律和流场分布特性,可以为工业设备的抗振设计、气液两相流体的流动参数测量提供理论保障。然而,气液两相流流场复杂,真实流动状况不易检测,因此,利用数值仿真计算模拟真实流场,可以探究流场的动态过程,并在数值模拟和实流实验之间建立更紧密的互证关系,为气液两相流的测量提供更深入的借鉴依据和有力支撑。
　　 本课题以涡街流量计为工具,研究钝体绕流中比较经典的运动——卡门涡街。
　　 本文首先对单相气体的钝体绕流进行了三维数值模拟,仿真结果与实验结果进行比对,误差小于5％,说明仿真与实验具有较好的一致性,根据涡街场静压分布分析得出,1D处比1.5D能够检测到更加丰富与准确的流场信息。
　　 对以气相为连续相水为离散相的气液两相流进行了实验研究,综合分析实验得到的测量误差与测量重复性,与理论分析进行对比,得出0.3％液相含率以下流型为环状流,涡街脱落稳定,0.3％后流型向块状流发展,0.6％液相含率以上运动状态不稳定,没有稳定的旋涡脱落。
　　 在单相流仿真的基础上,选择合适的条件进行了气液两相流的数值模拟,仿真结果与两相流的实验结果相比对,误差可以接受。并利用仿真得到的涡街场的速度分布、静压分布和液滴分布,得出1％液相含率以上没有稳定的旋涡脱落,由此分析了液滴对旋涡脱落的破坏作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 涡街流量计概述

1.2 气液两相流钝体绕流的研究背景和意义

1.3 气液两相流钝体绕流的研究现状

1.3.1 气液两相流检测方法综述

1.3.2 气液两相流钝体绕流的实验研究

1.3.3 气液两相流的数值模拟研究

1.4 课题的研究内容和创新点

1.5 本论文的组织框架

第二章 涡街流量计工作原理

2.1 边界层分离及涡的形成

2.2 涡街流量计的测量原理

2.3 应力式涡街流量计介绍

第三章 单相流仿真与实验

3.1 单相三维流场仿真研究

3.1.1 模型的建立

3.1.2 网格的划分

3.1.3 单相流气体仿真的参数设置

3.1.4 单相流气体的仿真结果分析

3.1.5 旋涡脱落频率的获取

3.1.6 涡街流场中压力场分析

3.2 涡街流量计单相流气体实验研究

3.2.1 实验装置介绍

3.2.2 数据采集系统

3.2.3 音速喷嘴装置实验数据

3.2.4 仿真结果与实验结果的比较

3.3 本章小结

第四章 垂直上升管气液两相流的实验研究

4.1 研究背景及意义

4.2 垂直上升管气液两相流的流型及特征参数

4.2.1 垂直上升管内气液两相流流型

4.2.2 气液两相流的特性参数

4.2.3 根据流型分布图进行流型判别

4.3 实验装置介绍

4.3.1 油气水三相流装置简介

4.3.2 数据采集系统介绍

4.4 实验方法

4.4.1 实验用应力式涡街流量计仪表系数的标定

4.4.2 实验范围内气液两相流体雷诺数计算

4.4.3 垂直上升管段与水平管段的比较

4.4.4 实验数据采集

4.5 实验数据分析

4.5.1 不同液相含率下涡街信号分析

4.5.2 测量误差分析

4.5.3 垂直上升管气液两相流涡街稳定性

4.6 本章小结

第五章 垂直上升管气液两相流的数值模拟研究

5.1 仿真参数设置

5.1.1 湍流模型的选择

5.1.2 多相流模型的选择

5.1.3 涡街频率的获取

5.2 数值模拟结果分析

5.2.1 数值模拟得到的涡街信号频率分析

5.2.2 仿真得到的涡街场速度分布数据分析

5.2.3 1％液相含率下不同时刻涡街场液滴分布情况

5.2.4 垂直上升管气液两相流涡街场静压分析

5.3 本章小结

第六章 总结与建议

6.1 总结

6.2 建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢