弹状流液弹区含气率分布的试验研究

王腾，毕勤成，桂淼，刘朝晖

（西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，陕西西安 710049）

引言

在垂直上升管内气液两相流中，弹状流是一种主要的流型，存在于宽广的流动参数范围内。弹状流的主要特征是由相分布所引起的间歇性，即在一个稳定的弹状流单元中，泰勒气泡和包含离散小气泡的液弹交替上升，如图1所示。其中，泰勒气泡区又可以依据下降液膜的特性分为液膜发展区和稳定液膜区；液弹区可以依据受泰勒气泡的影响程度，分为泰勒气泡尾迹区和充分发展液弹区[1]。

图1 弹状流流动结构与区域示意图Fig.1 Schematic diagram of the main hydrodynamic features and regions of a slug flow

弹状流广泛应用于多种工业场合，诸如蒸汽发生器、反应堆堆芯、石油运输管道，以及各种化工设备，并且伴随着沸腾、蒸发、冷凝、蒸馏等多种工业过程[1-4]，因此充分研究弹状流的流动特性对确保设备的安全运行具有重要的意义。在国内，夏国栋等[5-7]较早开始了弹状流的研究，利用高速摄影法和探针法，对泰勒气泡的上升速度、泰勒气泡和液弹的长度，以及截面含气率等重要的两相流参数进行了测量和研究；并依据等效单元的思想，改进了充分发展气液弹状流流动特性的模型[8]。国外的研究则重点关注弹状流各个流动区域的参数特征，Nogueira 等[9-10]使用PIV 和PST 技术分别对泰勒气泡的尖端形状和尾迹特征进行了描述；de Azevedo等[11]对充分发展的液膜长度进行了精准的测量，并提出了预测公式；Guet 等[12]提出了新的弹状流含气率预测模型，并对液弹区的影响进行了细致的讨论。……