Local Measurement of Gas-Liquid Bubbly Flow with a Double-Sensor Probe

A double-sensor probe was used to measure local interfacial parameters of a gas-liquid bubbly flow in a horizontal tube. The parameters included void fraction, interfacial concentration, bubble size distribution, bubble frequency and bubble interface velocity. The authors paid special attention to the probe design and construction for minimizing measurement errors. Measures were also taken in the design of sensor ends for preventing corrosions in the flow. This is an effort to improve the current double-sensor probe technique to meet the ever-increasing needs to local parameter measurements in gas-liquid two-phase flows.

Experimental study of vapor local characteristics in upward low pressure boiling tube

Radial distribution of vapor local parameters, including local void fraction, interfacial velocity, bubblesize, bubble frequency and interfacial area concentration, are investigated through the measurement in an upwardboiling tube using dual-sensor optical probe. In addition, a new local parameter -"local bubble number concentra-tion" is developed on the basis of bubble frequency. The analysis shows that this parameter can reflect bubble numberdensity in space, and has clear physical meaning.

水平管泡状流局部统计特性的实验研究

利用双头电导探针技术测量了水平管内空气－水两相流的局部统计特性。分析了两相流局部统计参数如局部空隙率、气泡频率、气泡速度、气泡尺寸、界面浓度等参数随气液两相流量的规律变化。研究发现水平管内相分布与垂直管内相比呈现出更为复杂的形态，水平管内局部空隙率、界面浓度在同一直径方向的分布呈现类似分布，在管内除沿水平管径，即９０°线外，沿其它直径的分布都是非对称的。界面浓度在管内最高可达６００ ｍ － １，反映靠近管子上壁的热质交换最强烈。

水平管泡状流液相速度分布与相分布

用热膜探针测量了内径为 3 5mm的水平管泡状流中的液流速度 ,同时用双头电导探针测量了有关的相界面参数 ,结果表明 ,局部液流平均速度在靠管道下部的分布与单相液流的分布类似 ,在靠管道上部突然减小 ;局部液流平均速度在靠管道下部随气流折算速度的增加而增加 ,在靠管道上部则随气流折算速度的增加而减小 ;局部含气率和气泡频率随气流折算速度的增加而增大 ,在靠近管道上壁处有一峰值 。

竖直圆管内泡状流界面参数分布特性

采用双头光纤探针对内径为50 m m竖直圆管内空气-水两相泡状流界面参数径向分布特性进行了实验研究。气液两相表观速度变化范围分别为0.004-0.05 m/s和0.071-0.283 m/s。结果表明，竖直管内向上泡状流局部界面面积浓度（IAC ）、空泡份额及气泡频率径向分布相类似，即气相流速较低时管道中间很大范围内以上3个局部界面参数几乎恒定，近壁区迅速下降到较低值；随气相流速的增加，局部界面参数在管道中心出现峰值。本实验中气泡聚合与破碎现象较少发生，索特平均直径沿径向近似均匀分布，且随气液两相流速变化很小。通过气泡横向受力解释了局部界面参数分布的影响机理。

倾斜对管内上升泡状流局部界面参数分布的影响

采用双头光纤探针法研究了倾斜对圆管内(I.D.50mm)上升泡状流界面参数径向分布的影响。探针测量的局部界面参数包括局部空泡份额、界面面积浓度(IAC)和局部气泡通过频率。实验以空气和水为工质,表观速度分别为0.002～0.037m·s-1和0.072～0.569m·s-1;倾斜角度为5°、15°和30°。结果表明,竖直条件下界面参数呈核峰型、壁峰型、中间型及过渡型4种典型的分布。倾斜条件下大量气泡向上部聚集,界面参数分布不对称。中间宽峰向通道上部倾斜,且峰值随倾斜角度增加而增大。同时,下壁面附近峰值被削弱,甚至消失,上壁面附近峰值迅速增大。界面参数沿直径从ri/R=-0.84到上半部分峰值处逐渐增加,且增加速率随倾斜角度增加而增大。倾斜条件下Sauter直径明显比竖直条件下大。

基于激光后向散射法的湍动流化床颗粒流动参数测量

提出一种基于激光后向散射法的集成测量系统,用于湍动流化床上升管内颗粒速度和浓度的空间分布测量。在湍动流化床上升管上,使用双激光光纤探头获得各测点速度、浓度的光信号,经过信号转换和数据采集后最终在计算机上显示。实验结果表明:该系统能够准确测量湍动流化床颗粒流动参数;上升管内,颗粒分布呈中心稀而壁面浓的现象;随着流化风量的增加,床内颗粒速度增加,但浓度降低;上升管中心区域,颗粒速度随轴向高度的增加呈先增加后减小的趋势。

摇摆状态下两相流动局部参数光学探针测量实验

为了获取摇摆状态下气-液两相流动的局部界面信息,提出摇摆状态下通过探针获取两相流动局部时均界面参数的测量及信号处理方法。将自制的双传感器光学探针应用于摇摆状态下气-液两相流实验研究。通过实验验证摇摆状态下利用光学探针测量界面参数的可行性。相对于压降测量方法得出的空泡份额,探针测量方法的平均偏差仅为8%。

管内向下气液两相流动界面参数分布特性

借助双探头光纤探针测量方法，对管内竖直向下空气-水两相流动的界面参数局部分布特性进行了实验研究。实验段采用内径50mm、长度2000mm的圆管，气液两相表观速度范围分别为0.004～0.077 m/s和0.43～0.71 m/s。实验结果表明，不同于竖直向上两相流动中局部界面参数径向分布呈现的“壁峰”或“核峰”型分布，向下流动中局部界面参数径向分布呈“壁峰”或“宽峰”型分布；向下流动时空泡份额截面平均值均比向上流动时大119.6％～145.0％，界面面积浓度截面平均值比向上流动时大18.8％～82.5％；向下流动时界面参数分布表现出明显的均匀化趋势。

振动幅度对两相流局部参数变化影响研究

为研究实验段振动对管内两相流局部参数变化的影响,利用电导探针技术对振动状态下局部两相流特性参数包括空泡份额、气泡直径和界面浓度进行了测量。实验首先在静态工况下进行,通过固定在实验段上方的偏心轮转动获得振动工况。实验段振动周期保持在0.5 s,偏心轮提供的振动幅度分别为4.8 mm、9.5mm和15.8 mm。实验结果表明,振动对环管内气-水两相流局部时均参数分布影响很小。但振动引起的附加惯性力作用使两相流局部参数径向分布在实验段振动周期中发生明显变化,而且局部参数的变化幅度随实验段振幅的增加而显著增大。在含气率较低的流动工况,当振幅增大到15.9 mm时振动工况下径向空泡份额峰值较静态工况下的空泡份额峰值的增量可以达到70%。但振动对局部流动参数的影响随气流量增大而降低。

光纤探针法测量泡状流精度的试验研究

采用高速摄影法,对光纤探针测量泡状流局部含气率的精度进行了试验研究。光纤探针从侧面插入静水之中,气泡从底部自由上升,与光纤探针相互作用。被测气泡的直径范围为0.9~2.2 mm,气泡上升的速度为0.25~0.3 m/s。受探针影响,气泡的变形效应、减速效应和漂移效应是带来误差的主要方面。气泡的变形效应和漂移效应使得待测弦长减小,会使含气率测量值降低;气泡的减速效应使得被测气泡速度减小,增大了探针在气泡中的停留时间,会使含气率测量值增大。综合三种效应,测量局部含气率的误差主要受到探针刺入气泡深度和气泡半长轴的比值x/a的影响。光纤探针的测量结果具有统计意义,本文给出光纤探针测量泡状流局部含气率的平均误差为-8.4%。