水平管内气液两相泡状流压力波数学模型与其数值模拟.pdf.pdf

** 第 卷 第 期 年 月 ! ! #$$ ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 水平管内气液两相泡状流压力波数学模型 及其数值模拟! 黄 飞 白博峰 郭烈锦 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，西安!##$% 摘要 利用整体平均两流体模型，合理引入虚拟质量力、粘性剪切力和拖曳力引起的界面动量 交换等封闭条件，建立了水平气液两相流动中压力波的数学模型 根据小扰动原理和线性一阶齐 6 次方程组有解的条件，得到水平气液泡状流的压力波色散方程 色散方程的计算结果与前人实验 6 数据显示很好的一致性6 进一步的数值计算，系统分析了含气率、系统压力、壁面剪切应力、扰 动频率和封闭条件中虚拟质量力、拖曳力对压力波传播速度和衰减的影响 结果表明：系统压力 6 的降低、含气率的增加以及壁面剪切应力的存在，都会降低压力波的传播速度，并使压力波衰减 加快；而扰动频率、虚拟质量力和拖曳力对压力波的影响，在低频和高频段差异很大6 关键词 压力波 两流体模型 气液泡状流 色散 传播速度 衰减 在气液两相流动中，压力波扰动是影响气液两 利用气液各相及其相间的封闭条件很好地模化了气 相流动不稳定性的重要因素之一，在火电、核电、 液两相流动中的压力波动，但他们在对压力波传播 石油化工等工业领域均有广泛的应用6 譬如，核反 的特点进行分析时，对压力波的衰减分析不足6 国 应堆中的小破口事故和石油运输管道中的压力波 内也有一些学者对气液两相流动中的压力波进行了 ［ ］ 动，都与压力波的传播有关；利用压力波在气液两 分析研究% = ，且大都采用的是两流体模型 其封 6 相流中传播的特点还可将其作为测量含气率、界面 闭条件只考虑了虚拟质量力和拖曳力，忽略了壁面 ［，］ 面积和流量的一种方式 6 剪切应力、相间的相对速度以及气液相间的压力差 流动过程中由于气液两相混合物中气相的压缩 等，因此也存在一定的缺陷6 而且他们在对色散方 性，以及气液界面的不断变化和两相间及各相与管 程分析时，仅分析了压力波波速的特征，没有对压 壁之间的动量交换、能量交换等影响的存在，使得 力波的衰减特性进行讨论6 气液两相流动中压力波的传播问题十分复杂6 前人 总之，有关气液两相流动中压力波传播的模型 已采用多种模型对其进行了模化研究，文献［ ］ 有多种，相对比较完善的还是两流体模型 但在所 ’ = ) 6 分别采用了弹性模型、均质流模型和均匀单相流模 有两流体模型模化压力波的工作中，采用的封闭条 型，这些模型均采用比较