基于数值方法,采用流体体积函数模型(volume of fluid,VOF)对10-4g0和g0重力环境下水平方管内空气-水两相流和制冷剂R134a蒸汽-液体两相流进行数值模拟,分别得到泡状流、弹状流、搅混流和环状流4种典型流型,但两种混合物在流型上存在较大差异。通过对数值结果的统计分析,得到两种混合物在不同重力环境下的压降分布。结果显示,微重力下两种混合物的压降均大于常重力环境,且压降都随气、液速度的增大而增大;相同工况下,空气-水的压降大于R134a蒸汽-液体两相流的压降。将得到的压降数值结果与均相流模型、Friedel模型和Chisholm模型依次进行对比。重新根据分液相雷诺数(Reynolds)将流动分为层流区、过渡区和紊流区,并对Chisholm关系式进行了修正。结果显示,修正后的压降模型能较好地预测微重力环境下的气液两相流动压降。根据汽液两相流动特性,分析了发生以上现象的原因。
采用流体体积(volume of fluid,VOF)模型,对0.1、2.03、5.07、10.13 MPa环境压力下垂直管内水蒸汽–水逆向流动过程进行数值模拟。研究垂直管内汽液两相逆流流动过程中,环境压力对淹没开始点、全部携带点、流向反转点及淹没消失点的影响。提出了淹没开始点与淹没消失点对应的无量纲汽速、液速间的经验关系式。常压环境下淹没开始点对应的无量纲汽速、液速呈线性分布,但在高压环境下呈二次函数分布,且分布方式与环境压力无关。与常压环境相同,高压环境下的淹没消失也存在滞后现象,且滞后现象的发生范围随环境压力的增大而扩大。有滞后现象的淹没消失点对应的无量纲汽速、液速呈线性关系,直线斜率随压力的升高而增大。高压环境下全部携带点和流向反转点对应的无量纲汽速,均随环境压力的增大而降低,两者均不受液速变化的影响,流向反转点受环境压力的影响相对较小。相同压力条件下,流向反转点所需的汽速低于全部携带点。根据汽液两相流动特性,分析了发生以上现象的原因。
采用数值方法研究管轴与转轴正交的、匀角速度旋转管道内流动沸腾的流动和传热过程,建立物理模型和数学模型,基于流体体积多相流模型和Realizable k-ε(RKE)湍流模型,结合用户定义函数(user defined function,UDF)添加汽、液质能源项,求解汽液相变过程中的传热传质。结果显示,旋转管道内核态沸腾开始点(onset of nucleate boiling,ONB)发生时的壁面过热度与静止管道差别显著。随着管道转速的提高,ONB分布逐渐远离管道入口端。管道流动沸腾汽液两相流型受热载荷与旋转载荷的耦合影响,任意载荷的增强都会使流型向紊乱趋势发展。根据汽液两相流动及传热特性,分析了发生以上现象的原因。
