气液两相流实验指导

实验三气液两相流实验

气液两相流是近几十年发展起来的一门新学科，在热能、动力、化工、核能、制冷、石油、冶金、航空航天、气力输送、液力输送、叶轮机械、生物技术、电子设备冷却等领域均有重要应用，已经成为研制、设计和运转这些重要工业关键设备的必备理论知识。

通过气液两相流的实验研究，是掌握气液两相流规律的基本方法。本实验指导书根据目前已有的科研成果和国内外有关的成就，结合热能工程专业特点，针对大型电站锅炉中的水动力问题，制定如下实验内容：①垂直上升管中气液两相流的流型和管内气液两相流的压力降；②倾斜管中气液两相流的流型和管内气液两相流的压力降；③气液两相流流经孔板的流型；④气液两相流流经文丘里管的流型；⑤水平集箱和垂直并联管的管道系统通过以上实验内容，希望能达到下列目的：①了解大型电站锅炉中的水动力特性和两相流基本现象；②能够从基本原理与动手实践的角度切实训练学生进行实验的基本能力，使学生知其然、也知其所以然；③使学生从实验设计、仪器选型、实验操作、数据提取与分析处理等各个环节能够训练出真正的实验技能，能够完成合格的实验报告。

实验1 垂直上升管中气液两相流特性实验

一、实验目的：

1. 在大型电站锅炉中垂直布置的锅炉水冷壁管被广泛应用，本实验将模拟其两相流现象和水动力特性；

2. 通过观察垂直上升管中气液两相流的流型,进一步加深了解垂直上升管中气液两相流型的特点；

3. 对垂直上升管中气液两相流的压力降有比较直观的认识，并掌握垂直上升管中气液两相流的压力降的计算方法；

二、实验仪器：

仪器名称型号参数范围

磁力泵50CQ-50 130L/min

空气压缩机V-1.2/10 1.2m3/min

电磁流量计MF/E2004011100EH11 282.6 L/min

涡轮气体流量计CP 32700-10 1-5L/min

涡轮气体流量计CP 32700-16 5-50 L/min

涡轮气体流量计CP 32700-22 50-500 L/min

差压变送器1151DP4E22B3 10KPa

差压变送器1151DP5E22B3 100KPa

压力变送器1151GP6E22B3 300KPa

三、实验原理图：

1

11

6

4

44

5

2

3

129

810

137

13

8

1 水箱

2 空气压缩机

3 磁力泵

4 涡轮流量计 5电磁流量计 6 气液混合器

7 减压阀 8 调节阀 9截止阀 10球阀 11 水集箱 12 针阀 13 过滤器

四、实验任务：

1.观察垂直上升管中气液两相流的流型：

(1)打开系统电源，使气体、液体流量计预热2分钟；然后打开采集程序，记下采集程序

上显示的气路和水路温度（根据此温度查出水和空气的密度）；

(2)打开磁力泵，将主路的调节阀开度调小和旁路的调节阀开度调大,同时将垂直上升管实验

段水路的球阀开启，使水缓慢地流过实验段，直到取压管内大体上充满水为止；

(3)关闭磁力泵和水路的球阀,打开空气压缩机和气路的球阀,将50-500L/min涡轮流量计一

路的针阀开启，调节针阀开度,使涡轮气体流量计所测得的体积流量保持在300L/min；

打开磁力泵，调节主路和旁路的调节阀开度,将主路阀门开度达到最小，旁路阀门开度达到最大。按下表调节气量和水量，观察并记录垂直上升管中气液两相流的流型的变化；

水流量（L/min）0.6-1.6 0.7-1.4

空气（L/min）160-220 18-36

流型环状流块状流

水流量（L/min）0.65-1.5 3.6-5.6

空气（L/min）5-158.6-15.6

流型弹状流泡状流

（4）实验完毕时，先关闭磁力泵，然后关闭实验段水路的球阀，再关闭气路的球阀，最后关闭空气压缩机同时关闭气路的针阀。

2. 气液两相流流经垂直上升管的压力降：

(1)打开系统电源，使气体、液体流量计预热2分钟；然后打开采集程序，记下采集程序上

显示的气路和水路温度（根据此温度查出水和空气的密度）；

(2)打开磁力泵，将主路的调节阀开度调小和旁路的调节阀开度调大,同时将垂直上升管实验

段水路的球阀开启，使水缓慢地流过实验段，直到取压管内大体上充满水为止；

(3)关闭磁力泵和水路的球阀,打开空气压缩机和气路的球阀,将50-500L/min涡轮流量计一

路的针阀开启，调节针阀开度,使涡轮气体流量计所测得的体积流量保持在300L/min；

打开磁力泵，调节主路和旁路的调节阀开度,将主路阀门开度达到最小，旁路阀门开度达到最大。按下表调节气量和水量，观察并记录垂直上升管中气液两相流的压力降变化；

水流量（L/min）0.6-1.6 0.7-1.4

空气（L/min ）

160-220 18-36 流 型 环状流 块状流 水流量（L/min ） 0.65-1.5 3.6-5.6 空气（L/min ）

5-15 8.6-15.6 流 型

弹状流

泡状流

（4）实验完毕时，先关闭磁力泵，然后关闭实验段水路的球阀，再关闭气路的球阀，最后

关闭空气压缩机同时关闭气路的针阀。

五、实验报告要求：

1 对应实验中涡轮流量计显示的空气流量和电磁流量计显示的水流量，根据以下公式计算出气相折算速度和液相折算速度 ：

G

G Q J A

=

L

L Q J A

=

式中 G J ——气相折算速度，m/s ；

L J ——液相折算速度，m/s ；

G Q ——气相体积流量，m 3/s ；

L Q ——液相体积流量，m 3/s ；

A ——管道横截面积，m 2; （本实验管子内径为14.5mm ）

2 根据实验中的每一种情况分别计算出的2

G G J ρ和2L L J ρ，对照下图找出所对应的流型，

并与实验观察到的流型对比