垂直三维内翅片管上升流低质量流速汽液两相流摩擦阻力的实验研究.docx

1、核动力工程NuclearPowerEngineeringVol.18.No.5Oct.1997少削。-413第18卷第5期1997年10月垂直三维内翅片管上升流低质量流速汽液两相流摩擦阻力的实验研究肖泽军陞炳德方宇红(中国核动力研完设计院,成都,610005)对三噩内成片管内低质盍流尊的高、中、低压汽液两相流津擦阻力进行了试验研究.试验段是由024X2不铁钢管机加工成的三维内短片管.长1.5m.试验分数范图：压力P=3.92IZMPai质置流速G=390982kg/n?s；热浪密度g=().20】1.86MW/m七平均于度Xp=O.O380.332.本文采用相同管长和直径的光管两相流摩挟阻力累

2、以倍增因子的方楼来汁算内切片管两相流摩擦咀力、对所得甥的试验致据，技非线性回归，停到了上述会数范幽内内片管两相流摩擦阻力的蛆验关系式.、关.伺三维主衅苴低质，速,相日摩建瓯1引盲W本文研究的三维内翅片管是一种新型高效强化传热管，它利用了沸膊核化理论和稳定活化凹腔的特性，将管内壁机加工成三维结构表面近似凹腔的形状,目前对这种强化传热管的两相流摩擦阻力特性研究很少，为了加速这种强化传热管的工程推广与应用，进行内翅片两相流摩擦阻力的实验研究十分必要.2实验装置及方法.本实验是在中国核动力研究设计院热工水力实验室的高温高压闭式回路上进行的，回路系统和试验段结构详见文献口。试验段是用024X2的lCrl

3、8Ni9Ti不镌钢管机加工成的三维内翅片管，其加热长度为1.5m,结构参数为I每周齿数“=36$齿内角0=75、齿间距M=2mmi齿宽W=0.85mm$翅ftA=0.4mm.试验段外壁还布置有四对临界热偶，以监测其是否发生临界.实验中采用了设置热补偿管的方法使试验管外壁绝热。进出口压降用ST3000差压变送器测量。流量用孔板®ST3000差压变送器测量，孔板、预热器进出口及试验段进出口处流体温度用直径为01的镰常-保硅不碰底总装热电僵测量。预热器采用硅整流直流电直接加热，试验段采用大电机直流电直接加热。试验段和预热器工质含汽率由热平衡法确定.1996部2月13日收列初楠.1996年1

4、0月8日收甥修改捅.肖降军等：垂直三维内翅片管上升沌低质流速汽液两相流摩撩阻力的实映研究411试验参数范围为：尸=3.9212MPa；G=390982kg/m2S8g=O.2Oll.86MW/m2；Xp=0.038-0.332。3实验结果与分析讨论31两相流摩擦阻力压降实验中测得的压差值取压孔之间的两相总压降，它包括摩擦阻力压降，加速压降/>,和重力压降化三部分，即(1)3.1.1加速压降由分相流模型可导出式中G为质,流速，kg/n?s$p为密度，kg/m3?X为干度$a为截面含汽率；下标e,i分别指出口和进口截面；下标L、G分别指液体和汽体.3.1.2 重力压降/>,一般PLJ：

5、丹。+角愆一a)gdz(3)式中/为管段高度，m；z为距离进口的长度，m.在确定a的前提下，本文把试验段分成20等分，应用辛浦生积分公式进行数值积分.3.1.3 截面含汽率a根据分相流模型，截面含汽率为a=l/l+S%'(4)式中S为滑速比；夕为体积含汽率.奥斯马奇金考虑管径、质,流速、体积含汽率和压力影响，得出滑速比S的计算式如下B=X/X+(1X)r/aJ(6)F,l=(G)'/(9.8S.P：)(7)式中R为临界压力，MPa；P为工作压力，MPa；X为蒸汽干度；儿为当童直径,mm.3.2廊擦阻力计算公式本文采用相同管长和直径的光管两相流摩阻(PfL乘以摩阻倍增因子R的方法

6、来计算内翅片管两相流摩阻(),“基于上面的方法，对所得到的72组试验数据，按非线性回归得(Pf)w=Rf(/(8)R=l+0,9958(l+Xp)-顷(Pl/Pg)°"'(9)式中X,为工质平均干度。(四九按下式计算(Pf)tp=0：o0R)l(10)核动力工程C=S"5(3.637P-0.406尸+0.0145P')式中（MA为仅有单液相单独流动时的摩擦损失，Pa；X,为Martinelli相关参数。试验值与此回归方程的相对偏差为士14%。图】是压力P为4MPa下，不同质域流速对内翅片管两相摩阻倍增因子R影响曲线如图1所示，在压力相同的条件下、质

7、髭流速对内翅片管两相摩阻倍增因子没有影响.由上可知，R为内翅片管两相摩阻（gw与光管两相摩阻（R）.之比，而光管和内翅片管两相摩阻都与质量流速的平方成正比。图2是质量流速G为6OOkg/m2-s时，不同压力对内翅片管两相犀阻倍增因子影响曲线。如图2所示，在质量流速一定的情况下，内翅片管两相摩阻倍增因子随压力的增大而略微减小。如图1和图2所示.在其它条件相同的情况下，内翅片管倍增因子随乂，的增加而减小。其主要原因如下：在低X区域内，管壁有液体连续不断的流动、两相液体中仅有少鱼汽泡，此时三维内翅片管壁结构对摩阻影响较大；随着干度X的增加，管壁液膜逐渐变薄，三维内翅片管壁结构对摩阻的影响逐渐降低；当

8、干度X增大到某一阙值后.管壁液膜厚度低于内翅片管的齿高，此时三维内翅#管壁结构对摩阻没有影响。这与波利沙斯基的研究结果是一致的。2.2-图LR,-G的关系曲线图2R,-P的美系曲嗖+J4MP&IO/FMPatP=10MPa,C400kg/m2s$G«60f)kg/m2»j一G=800kg/m?*.4结论本文在高温高压闭式回路上对内翅片管内低质量流速高、中、低压汽液两相流犀阻进行了实验研究，并进行了分析和讨论。结果表明采用相同管长和直径的光管两相流摩阻乘以倍增因子来处理内翅片管两相流摩阻试验数据是行之有效的方法。肖泽军等：垂直三维内01片管上升流低质微流速汽液两相波摩

9、擦用力的实验研究413一，".，Z'.'.一'""'一.一3_一_-1*-参考文献1肖泽军.陈炳第.垂直光管和内朝片管两相流沸腾传热及原阻特性的研究.中国核动力院二所科技报告1994.2林宗虎综著.，液两相汉和沸腾传热.西安交通大学出版社.1987.60-70.3厚浩强.田淑清.FORTRAN语言，FORTRAN77结构化程序设计.北京：清华大学出版H.1990：174177.4肖泽军，陈炳御,赵华.垂直上升管内低敝流速汽液两相流摩擦阻力的实验研究.中国核动力院二所科技报告.1994.ExperimentalInvestigatio

10、nonFrictionalPressureDropofSteam-WaterTwo-PhaseFlowunderLowMassVelocityinInternallyRibbedTubeofThreeDimensionsXiaoZejunChenBingdeFangYuhong(NuclearPowerInstituteofChina«Chengdu>610005)AbstractTheexperimentalresultsonhighpressure,medianpressureandlowpressurefrictionalpressuredropofsteam-water

11、two-phaseflowunderlowmassflowininternallyribbedtubearcpresented.Experimentalparameterranges：pressureP3-9212MPa,massvelocityG=390982kg/m2s>heatfluxq=0.201I.86MW/m',averagequalityXp=0.0380.332.Correlationstopredictfrictionalpressuredropfortheinternallyribbedtubearealsoobtainedaccordingtotheanalysisofthemeasureddata.KeywordsThreedimensionsInternallyribbedlubeLowmassvelocityTwo-phasefrictionalpressuredrop作者简介肖泽军.男，26岁.助理研究员.1992年毕业于西安交通大学能源与动力工程系核反应堆工程专业，获硕士学位.现主罢