非等截面矩形通道内气液两相流动特性试验及数值模拟研究

作     者：施苏齐 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：侯精明;杨振东;卫勇

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：气液两相流 贯穿裂纹 泄漏流量 压降 截面含气率 

摘      要：压力管道及压力容器等承压构件不可避免地会存在一些缺陷,在最不利荷载组合作用下有些缺陷可能会逐渐发展形成贯穿裂纹,内部的两相介质或高压过冷流体透过贯穿裂纹向外界泄漏,此时贯穿裂纹内是气液两相流动。贯穿裂纹泄漏率计算是管线泄漏检测的依据之一,也是核电站破前漏(LBB)分析的前提。本文构建了5种非等截面矩形窄缝模拟自然状态下的贯穿裂纹,对非等截面窄缝内气液两相泄漏流量、压降变化规律等流动特征进行试验研究,同时采用特征线法,结合Fortran语言构建了一维均相流体计算模型,用率定后的模型进行非等截面矩形窄缝气液两相流压降预测与流动参数求解。具体研究内容如下:(1)试验研究了5种非等截面矩形窄缝气液两相泄漏特征,针对压差、质量含气率及流道截面变化对窄缝气液两相泄漏质量流量与体积流量的影响进行深入分析,结果表明:出口大气压时,入口压力及质量含气率是影响非等截面矩形窄缝泄漏流量的关键因素。入口压力一定时,出口总体积流量随质量含气率增加显著增大;质量含气率一定时,两相泄漏质量流量及出口总体积流量均随入口压力增大而明显增加。而不同开口形状窄缝在相同压差下的泄漏流量相差不大。(2)采用加速压降均相计算式分离试验实测总压降中的摩阻压降与加速压降,并对不同开口形状试验件沿程各段加速压降占比及沿程压降组成进行讨论。结果发现,不同开口形状窄缝中摩阻压降均占据了主要部分。(3)结合试验数据分析了不同开口形状窄缝沿程压降变化规律及出口压降特点,数据显示开口形状不同时,沿程压降分布规律及出口压降特点均有所区别。(4)构建一维均相流体计算模型,对几种常用的混合粘度经验式进行比较,发现Cicchitti经验公式可以较好的预测不同开口形状的窄缝气液两相流参数。同时,使用率定后的模型分析了不同开口形状窄缝截面含气率、马赫数沿程变化规律。