气液螺旋环状流界面波失稳机理

为揭示气液螺旋环状流界面波失稳机理,基于经典的Kelvin-Helmholtz不稳定性理论,利用双流体模型,建立螺旋涡流作用下界面波的动力学模型。通过求解界面波色散方程,给出界面失稳的准则并进行理论验证。研究表明,界面波的增长特性决定于气动力、离心力和表面张力的相互作用。其中,不同气液动压相对大小条件下,离心力对界面波稳定性存在三重影响。基于此准则条件,系统分析气流速度、旋流强度及管径对界面波增长特性的影响规律。

气液螺旋环状流压降特性研究

考虑旋流衰减的影响,对气液螺旋环状流的压降特性进行研究并推导出了螺旋环状流压降预测模型。定义压降旋-直比系数为气液两相螺旋环状流和气液两相直流的压降之比,以此来表征旋流衰减对压降的影响。基于量纲分析的方法对压降旋-直比系数进行分析,推导出其表达式,压降旋-直比系数依赖于Lockhart-Martinelli参数和气相Froude数变化。最终,得出了气液两相螺旋环状流的压降预测模型。在50 mm内径的水平管内对螺旋环状流的压降特性进行了实验研究,其中气相表观流速变化范围为10~16 m/s,体积含液率(LVF)变化范围为0.6%~4.8%。通过与实验数据进行对比,压降预测模型的相对误差在±15%以内,为工程应用提供了参考。