竖直内螺纹管中上升两相流摩擦阻力特性白城

竖直内螺纹管中上升两相流摩擦阻力特性

竖直内螺纹管中上升两相流摩擦阻力特性 2011年12月09日 来源： 　　分类号　TQ 051.5Characteristics of upward two-phase frictional pressure drop in verticalinternally ribbed tubeLecturer　Cheng Lixin(South China University of Technology,Guangzhou 510641)Professor　Chen Tingkuan(Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049)　　Abstract　Experiments of upward two-phase frictional pressure drop in vertical internally ribbed tube and smooth tube were conducted respectively when fluid flew and evaporated along tube length.The working fluids were water and kerosene respectively.The experimental results in internally ribbed tube were compared with those in smooth tube. Based on homogeneous model ,correlation of two-phase frictional pressure drop factor was proposed.　　Key　words:internally　ribbed　tube,two-phase flow,frictional pressure drop,homogeneous model符号说明Di--实验段平均内径，mRetp--两相雷诺数f--单相摩擦阻力因数υf--液相比体积，m3/kgG--质量流速，kg/(m2.s)υfg--汽液两相比体积之差，m3/kgg--重力加速度，m/s2x--质量干度L--实验段有效加热长度，mΦ--两相动力粘度，kg/(m.s)pin--实验段进口压力，Paμf--液相动力粘度，kg/(m.s)pout--实验段出口压力，Paμfg--汽液两相动力粘度之差，kg/(m.s)Δp--实验段进出口总压降，Paμg--汽相动力粘度，kg/(m.s)Δpa--加速压降，Paρc--导压管中液体密度，kg/m3Δpcy--差压变送器测量值，PaΦfo2--两相摩擦因子Δpftp--两相摩擦压降，Pa下标：Δpf--单相摩擦压降，Paexp--实验值Δpg--重位压降，Pacal--计算值Re--雷诺数　　压力降计算是设计各种存在气液两相流动工程设备的最基本和最重要的课题之一。虽然在两相流动的研究中，压降计算研究的最早、最广泛，也较为成熟，但至今尚无特别准确和通用的压降计算式。这是因为影响压降变化的参数相当复杂，没有一个关系式能包容全部影响参数，现有的压降关系式并不包含流型区分，因此，限制了其适用范围。目前，广泛应用的两相摩擦阻力模型有均相模型、分相模型及经验公式。然而，对于强化传热管中的两相摩擦阻力，受管内表面形状的影响，很难提出适用的通用两相摩擦压降计算式。对此，必须针对具体的管型，研究其两相摩擦压降特性，笔者对一种内螺纹管中的两相摩擦压降特性进行了实验研究，提出了相应的两相摩擦因子的关联式。1　实验装置和方法　　笔者研究两相摩擦阻力的实验装置见图1。实验段为垂直安装，工质自下向上流入实验段中，通过电加热管壁来加热流体，从而使工质沿流动方向蒸发而产生汽液两相流动，工质分别为水和煤油，实验段分别使用内螺纹管和光管，有效加热长度均为2.5 m。内螺纹管结构见图2，光管尺寸(mm)为19×2。实验的质量流速G分别为410、610和810，单位均为kg/(m2.s)。实验段出口压力为0.3 MPa，实验中最大的出口干度为0.5。实验段阻力用1151差压变送器来测量。图1　实验装置图2　内螺纹管结构2　实验数据处理　　对于管中垂直上升的两相流动，其总压力降可以表示为：Δp=Δpftp+Δpg+Δpa(1)假设差压变送器显示的读数为Δpcy，则有：Δp=pin-pout=Δpcy+ρcg(h2-h1)(2)由式(1)和式(2)可求得：Δpftp=Δpcy+ρcg(h2-h1)-Δpg-Δpa(3)对于沿管道蒸发的两相流动，有：(4)Δpa=G2υfgx(5)由式(3)～式(5)可得到两相摩擦阻力的测量值。　　在本实验中，按均相模型处理两相摩擦阻力的关系式，即：Δpftp=ΔpfΦfo2(6)对于按全部为单相流动时的摩擦阻力，当流动处于水力光滑管时，按Fanning公式计算：Δpf=2fG2υfL／Di(7)其中，摩擦阻力因数按Blasius公式计算：f=0.079／Re0.25

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