小管径圆管气-液界面可视化及含气率

张井志, 梁福顺, 黄楠燕, 程 成, 雷 丽

(1. 山东大学 能源与动力工程学院, 山东 济南 250061;2. 山东大学 动力工程及工程热物理博士后科研流动站, 山东 济南 250061)

1 前 言

由于具有能耗低、响应快等诸多优势，微小通道广泛应用于化工[1-3]、能源[4-5]、航空航天[6-7]等各种领域。随着通道尺寸减小，重力作用削弱，表面张力、黏度等影响逐渐增大，微小通道中两相流型特征和流型转换边界等参数的变化规律与常规管道有较大的差别。

流型是两相流研究和工程应用的基础，直接影响两相流动的传热、传质及阻力特性。Taitel 等[8]基于理论推导，获得了水平管内间歇流、光滑层状流、波状层状流、分散泡状流和环状流的流型转换边界。该理论转换边界与常规通道内的实验结果吻合较好[9]，但由于未考虑表面张力的作用，对于小管径内两相流型的预测偏差较大[10]。Triplett 等[11]测定了内径1.45 和1.1 mm 水平圆管内两相流动，结果表明常规通道的流型转换边界无法预测实验结果。Coleman 等[12]实验测定了内径为5.5 至1.3 mm 的微小圆管及方管内两相流型特征，并指出管径、物性对当量直径小于10 mm 的通道有着重要的影响。

作为两相流的重要参数之一，含气率是确定其他参数的关键。随着计算机图像处理技术的高速发展，图形处理技术在含气率的测量中得到广泛应用。Serizawa 等[13]研究了微通道中的空气-水的两相流动，通过假设气泡具有轴对称形状分析含气率的变化规律。付鑫[14]通过虚拟双目系统构建了三维可视化光路，还原了液氮两相流动三维气液界面。……