Введение к работе
Актуальность проблемы. Двухфазные газо- и парожидкостныс потоки находят широкое применение в современной технике, плавным образом, в энергетике, химической технологии, биотехнологии, металлургии, добыче и транспорте нефти и газа. В связи с этим стоит задача создания и постоянного совершенствования методов расчета таких потоков, которые могут служить для надежного проектирования работы соответствующего технологического оборудования. В связи со сложностью задач чисто теоретическое решение их не представляется в настоящее время возможным. Поэтому все имеющиеся методики расчета используют значительное количество эмпирической информации, полученной на основе эксперимента.
Многообразие геометрических и режимных параметров газожидкостных потоков делают невозможным получение общих корреляционных зависимостей для глобальных параметров потока (таких как коэффициенты сопротивления и теплообмена, истинное газосодержание). Наиболее перспективным является использование в методах расчета эмпирической информации о локальной структуре течения. Проводимые в настоящее время в лабораториях разных стран экспериментальные исследования локальных характеристик газожидкостных потоков, как правило, не связаны между собой, проводятся в достаточно ограниченном диапазоне параметров течения. Данные, полученные с применением различных методик измерения, часто являются противоречивыми.
В связи со сказанным представляется необходимым проведение широкой программы исследований локальной структуры газожидкостных потоков в широком диапазоне параметров течения с использованием одних и тех же измерительных методик. Проведение такого цикла работ дает возможность получения большого объема экспериментальной информации о структуре газожидкостного течения. Эта информация может послужить надежной основой для разработки современных методов расчета двухфазных потоков.
Целью работы является получение основных закономерностей локальной гидродинамики газожидкостных потоков в трубах в широком диапазоне геометрических и режимных параметров течения.
Паучпая повнзпа работы заключается в том, что автором впервые:
разработана методика комплексного экспериментального исследования локальной структуры газожидкостных потоков на основе электродиффузионной диагностики с применением микродатчиков трения и скорости;
проведен широкий круг экспериментальных исследований локальной структуры газожидкостных потоков в трубах различных диаметров и ориентации в широком диапазоне расходных параметров и различных режимах течения;
проведено исследования влияния размера газовой фазы на характеристики газожкдкостного течения в различных режимах; разработано устройство для получения монодисперсною газожидкостного потока;
показано, что для восходящего пузырькового течения при малых скоростях жидкой фазы в вертикальной трубе характерно отсутствие осевой симметрии, проведено исследование характеристик асимметричного потока;
показано, что в опускном пузырьковом течении происходит демпфирование турбулентных пульсаций трения и скорости в пристенной зоне по сравнению с однофазным потоком;
проведено исследование условных характеристик восходящего снарядного течения методом осреднения по ансамблю реализаций, получена "средняя" крупномасштабная структкра течения в жидких пробках;
проведено исследование "ламинарного" пузырькового течения в трубе в области докритических чисел Рейнольдса, получены данные по развитию средних и пульсационных характеристик течения при изменении скорости жидкости и газосодержания;
проведено исследование характеристик газожидкостного течения в наклонном плоском канале, получены данные по влиянию ориентации канала на структуру течения;
проведено исследование компонент пульсаций скорости, рейнольдсовых напряжений и пространственных корреляций пульсаций трения в газожидкостном потоке в различных режимах;
проведено исследование распределения скорости жидкости в пристенной зоне газожидкостного течения, показано что универальный однофазный "закон стенки" выполняется только в режимах, в которых отсутствует пик газосодержания вблизи стенки.
Выполненный комплекс научно-исследовательских работ по изучению локальных гидродинамических характеристик газожидкостных потоков может быть признан в качестве нового научного направления в области термогидродинамики многофазных систем, имеющего важное народнохозяйственное значение.
Практическая цеппость работы. Результаты исследования закономерностей газожидкостного потока в широком диапазоне условий могут быть использованы при создании и агшробации новых методов расчета двухфазных течений.
Аппробацвя работы. Результаты работы докладывались на II, III и IV Всесоюзных совещаниях "Экспериментальные методы и аппаратура для исследования турбулентности (Новосибирск, 1976, 1980, 1981), VI, VII и VIII Всесоюзных конференциях по теплообмену и гидравлике при движении двухфазного потока в элементах энергетических машин и аппаратов (Ленинград, 1979, 198S, 1990), Секции Совета ГКНТ "Надежность котельных поверхностей нагрева и актуальные вопросы теплообмена и гидравлики" (Подольск, 1984), Международной школе-семинаре "Современные методы исследования процессов тепло- и массообмена" (Минск, 1987), I Минском Международном форуме по теплообмену (Минск, 1988), Всесоюзном совещании "Гидродинамика и процессы переноса в
биорсакторах" (Новосибирск, 1989), Всесоюзной конференции 'Теплообмен в парогенераторах" (Новосибирск, 1989), Всесоюзном научно-техническом совещании "Средства и системы автоматического контроля в цветной металлургии" (Свердловск, 1991), Международном семинаре по пристенной турбулентности (Дубровник, 1988), Советско-американском симпозігуме по многофазным потокам (Чикаго, 1991), I, II, III Международных симпозиумах по электродиффузионной диагностике потоков (Прага, 1990, Дубна, 1991, Дурдан, 1993).
Публикации. По материалам работы опубликована 51 печатная работа.
Объем работы. Диссертация общим объемом 331 стр. состоит из 9 глав, введения и заключения. Рисунков - 185. Список литературы 316 наименований.