论文翻译.docxVIP

一种在轴对称环形的气-液两相流动中其夹带机制的数值研究 1华为汉 博士后 工程与应用科学学院，安大略大学技术研究所， Oshawa，加拿大 2 Kamiel 副教务长，安大略大学技术研究所，Oshawa，安大略省，L1H7K4，加拿大 摘要 本研究的主要目的是通过计算流体动力学（CFD）方法来研究环形流动的液体夹带机制。建模时，采用一结合墙体放大处理方法的短时重整化群（RNG）K-ε模型。为了重建两相界面，决定采用流体体积函数（VOF）这一几何重建方案。仿真结果表明，扰动波首先在两相界面产生，然后扰动波的进一步发展在最后导致液体夹带现象。这项工作的最显著成就是，夹带机制的细节被数值仿真方法很好的说明。此外，两个新的夹带现象被提出。其中一种夹带现象表明，个别波的演化会引起液体夹带现象的发生;另一个显示该两个相邻波（其演变路线中）的“聚结”在液体中夹带的发展中起重要作用。进一步的分析表明两个夹带现象本质上是相同的夹带机制。这个新发现的夹带机制是基于守恒定律。 关键词：夹带机制，CFD，k-ε模型，VOF模型，波 1 文献综述 气液环状流是一个重要的二相流体系。它经常发生在热管理和热控制系统在地面和非地面系统间的能源运输系统， 如核反应堆，电站，锅炉，热交换器，和空间站的热管理系统。在环状流，过多的液体夹带有可能导致由于液膜完全与通道的壁面不接触时的“干燥”条件所引起的灾难性事件发生。因而能够预测到这些状况以避免其发生，尤其是避免像核反应堆爆炸这种后果相当惨重的现象发生，是非常重要的。然而，在形成所谓的“扰动波”过程中，我们对夹带过程的起始及其进一步如何发展知之甚少。这项研究的目的是通过数值研究的手段对夹带过程做进一步的了解。 一般而言，在垂直向上的环状流动中有三种液膜被夹带到气核的机制，分别是：波夹带，泡沫破裂夹带以及液滴撞击夹带。在流动中扰动波形成后，波夹带是最主要的液体夹带机制，而其他两种类型的机制，一般忽略不计，这一观点被广泛接受。实际上，这是被Van Rossum, Hall-Taylor，Woodmansee 和 Hanratty ,以及Schadel和Hanratty等人的研究所支持的。他们的研究工作表明，比较显著液体夹带在干扰波出现在环状流之后才能被测量到。通常来说，当液体夹带机制中提到的环状流，它通常指的是波夹带机制。因此，波生夹带机制是这个模拟工作的着重点。 当干扰波出现在液-气界面时，波夹带机制主要是微滴剪折入气核。20世纪60年代起，干扰波和液滴夹带之间的关系已经通过的摄影及视觉研究的方法建立。然而，液滴如何从干扰波中产生的确切机制仍然是一个有争议的问题。最基本的公认是，液体夹带是由于干扰波波峰被切掉进入气核。根据各种不同研究，几种波夹带机制被提出用以解释这种波峰剪切断裂过程。包括：波底切，波浪翻滚，纹波剪断，和波聚结过程。到目前为止，没有可靠的和直接的证据来支持任何特定的一个。 Hewitt和Hall-Taylor和Whalley是第一个提出如图1所示波底切夹带机制的。在该机制中，在干扰波的峰值区域中的液体的一部分被“拉伸”，并被由从气核传入的高速气流所切断。所剪除的液体最终分解成各种尺寸的液滴。波底切夹带机制来自液滴破裂机制。在此夹带机制的基础性工作，可以追溯到Lane。 图 SEQ Figure \* ARABIC 1 波底切夹带机制示意 波浪翻滚夹带机制类似于沙滩海浪在大风解体的方式被描述，最初由Hewitt 和 Hall-Taylor提出。在高速的气体的作用，干扰波的顶尖将前滚，随后分解成液滴。该过程由图2示意性的表示。这种机制是从液体射流和液体层解体机制发展而来。然而，正如笔者质疑的，在液体射流和液层的研究结论是否可以直接应用到扰动波在环状流中的情况，这是值得怀疑的，因为后者的情况远比前者更为复杂。 图  SEQ Figure \* ARABIC 2波浪翻滚夹带机制示意 Hall-Taylor等人研究了干扰波的运动和频率在一个垂直的环形二相流（管的id= 31.25毫米）。采用高速电影的胶片，他们观察到了两个扰动波的碰撞和结合导致液滴夹带。这个，实际上，描述了波聚结夹带机制，如图3所示。然而，没有照片被呈现来说明如何这个过程发生。在这项研究中，他们定义了三种类型的波的碰撞。根据这一机制，威尔克斯等人导出了一种波合并模型并根据模型预测了因波合并引起的一部分夹带。模拟结果与实验数据的比较表明，由于波聚结导致液体夹带部分会是整个液体夹带的很大一部分。这是一个基于蒙特卡罗技术的模型。 图  SEQ Figure \* ARABIC 3波聚结夹带机制示意 纹波剪断夹带机制由Woodmansee和Hanratt提出。?他们