第12卷(5) 热 能 动 力 工 程 1997年9月
收稿日期:1996-03-19
本文联系人 吴一宁 女 1969年生 博士 710049 西安：西安交通大学能源动力工程学院
吴一宁 林宗虎 陈学俊
(西安交通大学)
〔摘要〕 本试验以F reo n -113为工质，从试验和理论两方面研究了垂直布置倒U 型管内汽液两相流的稳态、脉动曲线。试验范围如下：出口压力p e =0.2～0.4M P a ，系统加热功率Q =6.4～10.4kW ，质量流速m =3～24kg /min 。理论研究采用一维均相模型，用差分法求解守恒方程组，得到稳态的流量——差压特性曲线，同时还采用数值计算方法模拟了压力降型脉动曲线。 关键词 倒U 型管 两相流 不稳定性 脉动分类号 T K 17
凡是存在汽液两相流的工业换热器都不希望发生汽液两相流体的脉动现象，因为持续的脉动流动会
造成传热恶化、疲劳损坏等严重后果。倒U 型管在实际生产中是一种常见的换热元件，目前在这方面的研究还不多，因此本文针对倒U 型管中的压力
图1 氟利昂—113试验系统图
1.玻璃液位计
2.主液罐 3,10.安全阀 4.冷凝器 5.试验段 6.电极 7.双重孔板 8.氮气瓶 9,1
3.过滤器 11.稳压罐 12.屏蔽泵 1
4.屏蔽泵冷却水 1
5.排污阀 DPT.差压传感器 PT.压力传感器 P.压力表 T.热电偶
降型脉动进行了研究，计算机模拟，以便进行理论预测。
本试验系统是一个封闭的强制循环系统，由不锈钢管连接而成，管外包有保温材料，系统示意图见图1。
图2 稳态的流量——差压特性曲线( p =p 2-p e )图2表示在不同的加热功率下系统的稳态特性曲线，
其中实线为理论计算得到。从稳态曲线可以看出，随流量减小，系统差压随之减小，这一段属单相区；当减小到某一值后，随流量的进一步减小，系统
差压反而增大，这是因为出现了汽相，使系统阻力增大之故；随流量的再进一步减小，差压又开始减小。在试验所做的每一种工况下都能得到这样的流量——差压特性曲线，其规律是随热负荷的减小或随压力的升高，负斜率区域向小流量方向移动且区域缩小。
在稳态的流量——差压特性曲线的负斜率区段上，观察到压力降型脉动。在本试验范围内，压力降型脉动的周期为5～15s ，流量与压力脉动反相，系统压力增大脉动周期略有增大。压力降型脉动发生后，若再减小流量，则有可能观察到密度波形脉动。此刻一个最显著的变化就是压力，流量脉动的振幅、周期都减小，如图3(b )所示。
下面从理论方面对稳态特性进行研究。整个系统的简化模型如图4。工质在流经3～4段时被电加热而沸腾。描述系统的方程组可写成如下形式:
( u )
z
=0(1) h z =q m (2) p z + ( u ) z +2・f d ・ u 2+ g co s =0(3)
式中:q ——单位管长上的热负荷
状态方程 =
(T ) x <0
(P ) 0≤x <1
(4)
图3 P s =0.4M Pa,Q =8.8kW 流量、压力脉动曲线式中, ——任意一种物性参数
x ——干度
边界条件:T in =常数;P e =常数，如图5，始沸点b 可确定如下:
b =
h li -h i
d h d z -d h l
d
z
(5)系统
的控制方程组采用分段有限差分求解，即认为系统是由图4所示的五个区段组成，分段求解。
流体参数均采用平均值。守恒方程组写成如下形式:
图4 实验系统简化模型
图5 始沸点确定无尘涂装
i u i = i-1・u i-1
(6)h i =h i-1+q ・ z i
m i
(7)p i =p i-1-[2・f i d ・
2i u 2i i + 2i u 2
i z i (1 i -1 i-1)] × z - i g co s ・ z i
网页聊天(8)
图2中的实线即是求解方程(6)～(8)所得，可
以看出，试验数据和理论计算的结果符合良好。
稳态问题的解可以作为随时间变化量的初始条件。压力降型脉动的一个模拟方法即是给稳压罐的
压力一个小扰动。试验中发现压力降型脉动的周期远大于流体粒子流过加热段的时间，所以有理由认为加热段中的流动是准稳态流动。
同样，我们给出整个系统随时间变化的控制方程组:
p 1-p 2=(k 1m 21+p L
L 1A 1d m 1d t )・1
L (9)p 2-p e =(p 2-p e )0+L 2A 2
d m 2
d t
(10)m 1-m 2=-(p L -p g )・
d v g
d t
(11)(12)・
盐酸苯肼
325・第5期(71) 垂直布置倒U 型管内汽液两相流稳态特性及脉动特性研究
Q -Q f =c w ・m w ・
d T w
d t
(13)Q f = ・A h ・(T w -T f )(14)通过改变式(9)中的k 1值来实现系统的扰动，令 k 1(t )=k 0[1+a (1-e -bt )]
(15)
式中,k 0——常数，与阀门初始开度有关
a ——阀门开度幅度变化系数
b ——阀门开度速度变化系数
边界条件:p 1=常数,T in =常数,p e =常数,Q 0=常数初始条件:m 1=m 2,Q =Q 0
采用有限差分法求解非线性方程组，稳态解由前面得出。考虑到计算方法的稳定性，时间步长取为:
t j =
z min
(u i j-1)max
式中,u max ——流体在试验段的最大流速
图6给出理论计算的压力和流量的脉动曲线，与图3比较，除振幅有一定差异外，其余均符合良
好。
图6 计算机模拟进口压力和流量的脉动曲线Pe =0.4M Pa Q =8.8kW m =6.11kg /min
根据上述理论分析，结论为:
(1)压力降型脉动发生在流量——差压特性曲线的负斜率区段上，压力与流量脉动反相。
(2)热负荷增加，系统稳定性下降；系统压力升高，稳定性上升。
(3)系统压力增大，脉动周期略有增大。压力降型脉动发生后，若继续减小流量，压力降型脉动会转变成密度波形脉动，此刻最明显的变化就是压力、流量脉动的振幅和周期均减小。
参 考 文 献
1 林宗虎.气液两相流和沸腾传热，西安交通大学出版
社,1987
2 毕勤成.电加热垂直U 型管内汽液两相流不稳定性的
研究.西安交通大学硕士学位论文,1988
3 Chen J C .A corr elation for boiling h eat trans fer in con-w ection flow.ASM E paper.No.63-HT -34
符 号湿度传感器芯片>油墨丝印
p 密度,kg /m 3 下标:
u 流体速度,m /s e ：试验段出口h 流体焓值,kJ/kg f：流体A 管子流通截面积,m 2g ：汽相p 压力,P a
l：液相Q 加热功率,kW w ：管壁f 阻力系数光纤研磨机
N 2：氮气m 质量流速,kg /s o ：稳态值: 加热段与竖直方向夹角in：试验段进口
d 管内径,m v 体积,m 3T 温度,K
传热系数,kW /(m 2・K )
・326・ 热 能 动 力 工 程 1997年
大型电站锅炉炉内温度场的数值试验研究=An Experimental Study of the Temperature Field Inside a Large -sized Utility Boiler Furnace by CAT [刊，中]/Chen X iaodong ,Do ng P eng,Cheng Congshu,Q
in Y ukun (Har bin I nstitute o f T echnolog y )//Journal o f Engineer ing fo r T her mal Energ y &Pow er.-1997,12(5).-321～323
T hr oug h the use of a co mput er aided test method a fundamental resear ch is co nducted o f the cha racter istics of the temper ature field in a larg e -sized utility bo iler fur nace .On t he basis o f a three -dimensional numerical sim-ulation o f the wo r king medium ra diat ion heat t ransfer in t he furnace obtained is a per tinent in-furnace t em per -ature field dist ribution law .T he numer ical test results in mo st cases ar e in r elatively go od ag r eement w ith those o f the on-sit e tests.Key words :boiler ,temper ature field,computer aided test 垂直布置倒U 型管内气液两相流稳态特性及脉动特性研究=A Study of the Steam /Liquid Dual -phase Flow Steady -State and Pulsation Characteristics in a Vertically Placed and Inverted -U Shaped Pipe [刊，中]/Wu
Y ining ,L in Z onghu (X i'an Jiao to ng U niver sity )//Jour nal of Engineer ing for T herm al Ener g y &Po wer.-1997,12(5).-324～326
With F reo n -113ser ving a s a w o rking medium t he steady -stat e and pulsation cur ves o f steam /liquid dual -phase flow in a v ert ically placed inver ted-U sha ped t ube is st udied fro m bo th t he ex perim ent al and theo retical
aspects .T he test rang e can be giv en as follow s :o ut let pr essur e P e =0.2-0.4M Pa ,system hea ting po w er output Q =6.4-10.4kW ,ma ss flow speed m =3-24kg /m.F or the ther oet ical study adopted is a o ne-di-mensional unifo rm -pha se mo del w ith a differ ence metho d used fo r solving a g ro up of co nser vation equations.
O bta ined ar e the stea dy -state flo w r atedifferential pr essur e char acterist ics curv es.M or eov er,a numer ical cal-culatio n method has been used to simulate pr essure -dr op ty pe pulsation cur ves.Key words :dua l-phase flo w ,
unstability ,pulsa tio n
螺旋槽管凝结换热器的研究与应用=The Study and Application of Condensation Heat Exchangers Consisting of Spirally Corrugated Tubes [刊，中]/W u Huiy ing,Shuai Z himing (So utheast ern U niv ersity )//Jo urnal of Engineer ing fo r T hermal Energ y &Po wer .-1997,12(5).-327～329
A n exper imental st udy is made of a co ndensat ion heat exchanger w ith spir ally co rr ugated tubes.Dimension-less cor r elations ar e o bta ined separ ately fo r phase tr ansfor matio n-r elated co nv ectiv e heat tr ansfer in spirally
cor rug ated tubes,tube-outside condensatio n heat tr ansfer criteria and tube -inside flow resistance.O n the ba-sis of the test r esults the spir ally co rr ugat ed tubes hav e been successfully used in pow er sta tio n condensat ion heat ex chang ers .Key words :spir ally co rr ugat ed tube ,condensation heat exchang er ,int ensified heat tr ansfer 含温多孔介质内热量迁移的研究=A Study of Heat Migration in Unsaturated Porous Media [刊，中]/Jin Feng ,Shi M ingheng ,Y u W eiping (Southeaster n U niver sity )//Journal of Eng ineering for T her mal Ener gy &Po wer .-1997,12(5).-330～331
A n a nalysis is g iv en of the mechanism of heat m igr ation under the coupled act ion of heat and mo istur e in un-sa turated po r ous media.A m athematical model fo r calculating the heat mig ra tio n in por ous media is pro -po sed .A lso discussed is the effect of differ ent bo undary co ndit ions on the temperatur e distr ibutio n in po ro us media.Key words :heat t ransfer ,po r ous media ,coupled actio n,heat/m oistur e mig rat ion
煤燃烧特征点变化规律的研究=A study of the Variation Law of Coal -combustion Characteristic Points [刊,
中]/Zhu Q unyi ,Z hao Guang bo ,et a l (Har bin Institute o f T echno log y )//Jo ur nal o f Eng ineer ing o f T hermal Energ y &Pow er.-1997,12(5).-332～334
A n ex per imental st udy is per for med o f t he combustio n chara ct er istics of thirteen kinds of coals by using a
・
395・第5期(71)英 文 摘 要
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