水平矩形管内气/液两相逆向流动极限试验

利用水下排气可视化试验系统,以空气和水为两相介质,对管截面尺寸分别为106,mm×60,mm、60,mm×106,mm和65,mm×65,mm的水平矩形管进行了气/液两相逆流极限试验.研究了管截面尺寸变化对水平矩形管内气/液逆流极限的影响.结果表明:流道高度是影响水平管逆流极限的重要尺度因素,随水平管流道高度增大,液相倒流更易发生,防止液相倒流发生的临界表观气体速度显著增大,在柴油机水下排气场合宜采用较低的流道高度,而在核能发电系统的热段中宜采用较高的流道高度;与水力直径及流道宽度等结构参数相比,以流道高度作为特征尺寸计算Wallis参数可使无因次Wallis参数能够关联流道尺度变化对管内气/液逆流极限的影响.基于以流道高度为特征尺寸的Wallis参数,提出了预测水平矩形管内气/液逆流极限的试验关联式.

柴油机水下排气管倒流极限试验

为防止水下排气柴油机发生海水倒灌事故,需弄清水下排气管内海水倒流发生的物理机制与发生条件.通过管内径为90,mm、长度为1.8,m的水平玻璃管在1、2及3,m不同水深下排气的试验,获得了水下排气管倒流极限以及排气口水深变化对其影响.结果表明:在一定排气量范围内水相会在排气管出口端下部稳定地滞留一定长度,但不会形成实质的水倒流;随管内滞留水长度由0增至1.8,m,对应的极限表观气速由24,m/s降至8,m/s,极限Wallis参数由0.95降至0.55,倒流极限呈现出先快速减小后趋于定值的趋势;在相同管内滞留水长度随排气口水深增大,极限表观气速略有减小,而极限Wallis参数基本不变,表明Wallis参数较好地表征了排气密度和排气速度对水下排气管倒流极限的综合影响.

水平布置水下排气管倒流界限试验及分析

为防止水下排气柴油机发生海水倒灌事故,对水下排气管内发生水倒流的条件及影响因素进行了试验和分析。由水平管内气液逆向流动特性研究现状分析,指出气相惯性力与液相重力的相对大小是排气管内水倒流发生的主要物理机制。由内径90mm水平管在3m水深下排气的试验结果发现:防止水下排气管内水倒流发生的界限气速存在一个与管内滞留水长相关的范围,随管内滞留水长由0.3m增至1.8m,界限表观气速由13.0m/s降至7.8m/s,界限气相Wallis数由0.72降至0.55。最后以某柴油机排气参数为基础,按界限气相Wallis数等于0.60计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,结果表明:水平管的倒流界限气速随管径增大而增大;排气口水位深度和排气温度的变化影响排气密度大小,也对排气管倒流界限气速有影响。

柴油机水下排气海水倒灌现象的理论分析

柴油机水下排气时存在海水由排气管倒灌入柴油机进而导致柴油机严重损坏的风险。通过分析管内气液两相逆向流动特性和国内外相关研究成果,指出水下排气管内海水倒流的物理机制,并给出了基于Wallis无因次气相速度的水下排气管海水倒流判断准则。进而以某柴油机排气参数为基础,计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,所得结果对水下排气柴油机防止海水倒灌具有指导意义。