气液两相流流型实验报告

1气液两相流流型实验报告实验名称：气液两相流流型实验目的：1.熟悉台架,掌握流量测量仪表的使用；2.掌握常见两相流流型的划分方法及相关规律，观察水平管中不同流型的特点；3.根据各工况点实验数据绘制两相流流型图，并与典型流型图做比较。实验任务：实验测量数据：(1)测取不同情况下气相，液相流量；记录PPttw气减室,,,.(2)判别流型要求：(1)实验数据汇总表；(2)绘制曲线(3)根据实验数据用Weisman图判别流型实验原理1、水平管道中气液两相流流型的划分及各流型特征在水平管道中的气液两相流，由于重力影响使流型结构呈现不对称性，因而水平管中的流型特征变得较为复杂。Oshinowo流型划分原理使流型变得相对简单，根据Oshinowo的划分原则，一般把水平管道中的流型划分为六种，泡状流、塞状流、层状流、波状流、弹状流、环状流。（1）泡状流在泡状流中，气相是以分离的气泡散布在连续的液相内，气泡趋向于沿管道上半部流动，这种流型在含气率低时出现。（2）塞状流在塞状流中，小气泡结合大气泡，如栓塞状，分布在连续的液相内，大气泡也是趋向于沿管道上部流动，并且在大气泡之间还存在一些小气泡。（3）层状流在层状流中，两个相的波动被一层较光滑的分界面隔开，由于重力和密度不同，气相在上部液相在下部分开流动。层状流只有在气相和液相的速度都很低时才出现。（4）波状流2当气流速度增大时，在气、液分界面上掀起了扰动的波浪，分界面由于受到沿流动方向的波浪作用而变得波动不止。（5）弹状流当气体流速更高时，分界面处的波浪被激起与管道上部管壁接触，并形成以高速沿管道向前推进的弹状块。（6）环状流当气体流速进一步增高时，就形成气核和环绕管周的一层液膜，液膜不一定连续均匀的环绕整个管周，管子的下部液膜较厚，在气芯中也夹带有液滴。图1水平不加热管中的流动型式表1水平绝热管中的流型变化增加液相流量增加气相流量ST+RST+RST+IWSPBST+RWST+IWSBTS+APFST+RW+DST+LRW+DST+BTSA+RWF+DST+RW+DST+LRW+DA+DA+DF+DF+DDA+RWA+RWA+DA+DA表示环状流（annular）；B表示气泡（bubble）；BTS表示中空气弹（blowthroughslug）；D表示液滴（droplet）；F表示液膜（film）；IW表示平缓波（inertialwave）；LRW表示大翻卷波（largerollwave）；PB表示气栓加气泡（plug＆bubble）；PF表示气栓加泡沫（plug＆froth）；R表示涟漪波（ripple）；RW表示翻卷波（rollwave）；S表示气弹（slug）；ST表示层状流（stratified）。32、典型流型图介绍（1）Baker流型图（2）Weisman流型图3、两相流流型的测量方法（1）目测法在一个透明或有观察孔的流道内形成两相流，直接观察管道内的流动状态。这种方法比较简单、经济、直接、方便；但无法做出高速、实时、自动的测量，对于自动化要求比较高的场所很难适应，而且不同的观察着可能得到不同的结果。尽管如此，目前其它的流型识别方法最终几乎都要和目测结果做比较来验证识别结果的有效性，这也说明了目测法是流型识别方法中最可靠的方法之一。（2）高速摄影法采用照相机或摄像机，通过透明管或透明窗口拍摄流体的流动状态，利用计算机分析拍摄到的流体图像与目测法观察到的典型流型图像比对，从而确定流型。4这种方法特别适合气液两相高速流动状态下流型变化速度快的情况。但存在两个问题：一是两相流复杂的相界面，易产生多重的反射或折射，影响成像的清晰度，妨碍对流道中心的观察；二是由于采用高速摄影，得到的数据信息太多，使分析变得非常的复杂。（3）射线衰减法射线衰减法又分为X射线衰减拍片法、多束射线密度法、空泡份额测定法。三种方法的原理都是利用射线通过介质时吸收衰减的原理确定流型的。X射线衰减拍片法：在管道的一侧安装一个X射线源，另一侧安置照相底片，X射线穿过管壁及两相介质，到达照相底片。由于两相介质分布的不同，对X射线的吸收也不同，使底片产生不同强度的观光，从而得到管道内流体的流型。多束射线密度法：让射线沿不同的弦线穿过管道截面，并且在响应的位置安装辐射监测器，如闪烁计数器、G-M计数管等，根据测得的辐射强度，利用一些公式来求出各条弦线的密度，进而确定管道中的流型。空泡份额测定法:当X射线通过流体，流体对射线的吸收率随瞬时密度的增大而增加（即随着瞬时空泡份额的增大而对射线的吸收率减小）。检测器输出的信号被转换为代表瞬时空泡份额的信号，然后对信号进行分析，即可得到空泡份额的概率分布，从而确定流型。（4）接触式探头法接触式探头法又可分为电导探头法和光导探头法。电导探头是通过测量探头针尖处流体导电性的变化来确定该点的介质分布，进而确定流型。使用电导探针的基本条件是，两相流中的气相和液相的电导率必须有明显的差别，同时连续相必须是导电的。光导探头的测量是通过流体在探头针尖处对光强度的影响来反映在该点的介质分布，进而确定流型。（5）过程层析成像法过程层析成像技术是20世纪80年代中期发展起来的，是一种以两相流或多相流为主要对象的获取过程参数三维分布状况的在线实时监测技术。通过对重建图像信息的分析以及不同时刻下重建图像信息的比较，获得被测两相流管道某一截面上的两相流分布状况。过程层析成像法又分为电容层析成像法、电阻层析成像法两种。电容层析成像法：不同的两相介质具有不同的介电常数，通过电容传感器测量获5得介电常数分布从而获得介质分布的图像，来确定流型的。电阻层析成像法：是基于不同的流体具有不同的电导率，判断出处于敏感场中的物体电导率分布，便可知道物场的流体分布情况。（6）压差波动法压差波动法是通过采集气液两相流动的压差信号，并对压差信号进行统计分析的流型识别方法。4、根据各工况点的实验数据计算：气相折算流速ggVjA液相折算流速ffVjAA=2/4d式中：gV—气相体积，m3/s；fV—液相体积，m3/s；A—管道截面积，m2；d—管道直径，25mm。（1）Baker流型图以/ggj为纵坐标，ffj为横坐标绘制Baker流型图。横坐标修正系数1/2()()gfaw纵坐标修正系数1/32()()()wfwwf式中：w—大气下20℃水的表面张力，0.07N/m；w—大气下20℃水的动力粘度，0.001Pa·s；w—大气下20℃水的密度，1000kg/m3；a—大气下20℃空气的密度，1.206kg/m3。（2）Weisman流型图以1/gj为纵坐标，2/fj为横坐标绘制Weisman流型图。本实验11，22。6实验步骤及方法：1、实验条件：常压，温度25℃；管径d=25mm；液相流量范围0-10.5m3/h，气相流量范围0-12m3/h。2、实验步骤：1、开启空气压缩机；2、开启两相流实验台；3、确定水流量，由小到大改变气流量并记录数据及流型；4、整理记录的数据，并根据数据绘制两相流流型图；5、将绘制的流型图与典型的流型图做比较。3、实验方法：目测法实验数据记录及处理1、实验数据汇总：表2不同流量组合对应的流型单位：m3/h水流量1水流量2水流量3水流量4水流量5空气流量流型空气流量流型空气流量流型空气流量流型空气流量流型0.25塞0.25塞0.25泡0.25泡0.25泡0.5塞弹0.5塞0.5泡塞0.5泡塞0.5泡塞0.75弹0.75塞0.75泡塞0.75泡塞0.75泡塞1弹1塞1塞1泡弹1泡塞1.25弹1.25塞1.25塞1.25泡弹1.25泡塞1.5弹1.5泡弹1.5泡弹1.5弹1.5弹1.75弹1.75泡弹1.75泡弹1.75弹1.75弹2弹2泡弹2泡弹2弹2弹2.25弹2.25泡弹2.25泡弹2.25弹2.25弹2.5弹2.5泡弹2.5弹2.5弹2.5弹2.8弹2.8泡弹2.8弹2.8弹2.8弹3.2弹3.2弹3.2弹3.2弹3.2弹3.6弹3.6弹3.6弹3.6弹3.6弹4弹4弹4弹环4弹环4弹4.4弹4.4弹4.4弹环4.4弹环4.4弹4.8弹4.8弹4.8弹环4.8弹环4.8弹环5.2弹5.2弹5.2弹环5.2弹环5.2弹环5.6弹5.6弹环5.6弹环5.6环5.6环6弹6弹环6弹环6环6环76.8弹6.8弹环6.8环6.8环6.8环7.2弹7.2弹环7.2环7.2环7.2环8弹8环8环8环8环水流量6水流量7水流量8水流量9空气流量流型空气流量流型空气流量流型空气流量流型0.25泡0.25泡0.25泡0.25环0.5泡0.5泡0.5泡0.5环0.75泡0.75泡0.75泡环0.75环1泡1泡1泡环1环1.25泡1.25泡1.25泡环1.25环1.5泡1.5泡1.5泡环1.5环1.75泡1.75泡1.75泡环1.75环2泡2泡2环2环2.25泡环2.25泡环2.25环2.25环2.5泡环2.5泡环2.5环2.5环2.8泡环2.8泡环2.8环2.8环3.2泡环3.2泡环3.2环3.2环3.6泡环3.6泡环3.6环3.6环4泡环4环4环4环4.4泡环4.4环4.4环4.4环4.8环4.8环4.8环4.8环5.2环5.2环5.2环5.2环5.6环5.6环5.6环5.6环6环6环6环6环6.8环6.8环6.8环6.8环7.2环7.2环7.2环7.2环8环8环8环8环2、实验数据处理：根据实验原理，对以上实验数据做如下处理：0.1MPa，25℃时，液相密度997fkg/m3；气相密度1.155gkg/m3；液相表面张力0.072N/m；液相动力粘度6890.0810kg/(ms)表3气液两相对应的折算速度液相流量Vf（m3/h）液相折算速度jf（m/s）气相流量Vg（m3/h）气相折算速度jg（m/s）气相流量Vg（m3/h）气相折算速度jg（m/s）0.50.2829420.250.14147163.3953061.00.5658840.50.2829426.43.6216591.50.8488260.750.4244136.83.8480132.01.13176910.5658847.24.0743672.51.4147111.250.7073557.64.300723.01.6976531.50.84882684.52707483.51.9805951.750.9902974.02.26353721.1317694.52.5464792.251.273245.02.8294212.51.4147115.53.1123632.81.5844766.03.3953063.21.810836.53.6782483.62.0371837.03.9611942.2635377.54.2441324.42.4898918.04.5270744.82.7162448.54.8100165.22.9425989.05.0929585.63.168952表4流型图坐标汇总表Baker流型图坐标Weisman流型图坐标横坐标ρf*jf*φ(kg/（m2s）)纵坐标ρg*jg/λ(kg/（m2s）)横坐标jf/φ2（m/s）纵坐标jg/φ1（m/s）275.08250.1672195.0834470.2829420.1414714.30072550.1650.3344375.3509960.5658840.2829424.527074825.24760.5016565.6185460.8488260.4244134.7534281100.330.6688755.8860961.1317690.5658844.9797811375.4130.8360936.1536461.4147110.7073555.2061351650.4951.0033126.4211961.6976530.8488265.4324891925.5781.170536.6887461.9805950.9902975.6588432200.