PDF《延迟修正 QUICK 格式及其在弹状流中的应用》

第34 卷第5期2000 年5月西安交通大学学报JOURNAL OF XI′ AN J IAOTON G UNIVERSITY Vol.

34 №

5 May

2000 文章编号 :0253Ο 987X(2000) 05Ο 0037Ο

05 延迟修正 QUICK格式及其在弹状流中的应用 鹿院卫 , 何安定 , 王跃社 , 周芳德 (西安交通大学 ,

710049 , 西安) 摘要 : 将延迟修正 QU ICK格式应用于数值传热学经典问题进行验证性计算 ,应用流体体积模型 , 将延迟修正 QU ICK格式及界面移动施主Ο 受主格式与 SIMPL EC 算法相结合 ,计算了垂直管内弹 状流泰勒气泡周围的流动特性. 通过计算 ,得到了满足气泡内部压力恒定要求的泰勒气泡形状及其 周围流场分布 ,以及泰勒气泡周围液膜厚度随距离的变化规律 ,并与实验值进行了比较 ,得到的结 果较为理想. 关键词 : 弹状流 ;

泰勒气泡 ;

QU ICK格式 ;

SIMPL EC 算法 中图分类号 : TV13 文献标识码 : A Delaying Modified QUICK Scheme With Defened Correction Applied to Slug Flow L u Y uanwei , He A nding , W ang Y ueshe , Zhou Fangde (Xi′ an Jiaotong University , Xi′ an

710049 , China) Abstract: Delaying modified QU ICK scheme is used in numerical heat transfer calculations. Fluid volume model is combined with the SIMPL EC method to show that the predicted Taylor bubble shape is reasonable. The donor2acceptor scheme of interfacial advection was also used. Determined at the same time are the stream field and the liquid film thickness around the Taylor bubble. Keywords : slug f low ;

Taylor2bubbles ;

QU IC K scheme ;

S IM PL EC method 当气液两相同时在管内做垂直上升运动时 ,常 能观察到弹状流. 从流型图可见 ,在一个很宽广的气 液流速范围内 ,都存着弹状流. 弹状流在工业中具有 广泛的应用背景 ,如油气井、 油气输运、 蒸汽锅炉、 核 反应堆应急堆心冷却系统等. 弹状流的存在严重地 影响着流体流动的动力学特性 ,如热传递、 质量传递 等 ,因此对它的研究显得尤为重要. Fernandea 等人[1 ] 建立了弹状流的详细模型 ,说明弹状流的流动 特性(如压力脉动、 液弹和气泡长度、 空泡率、 压降 等) 受泰勒气泡的上升速度影响较大. Mao &

Duk2 ler[2 ,3 ] 应用曲线坐标系提出了泰勒气泡周围流动数 值模型 ,调整泰勒气泡界面形状 ,从而保持界面上正 应力满足气泡内部维持常压的条件 ,调节泰勒气泡 末端速度及参考末端速度 ,直至气泡鼻部形状为球 形 ,这种方法其求解区域只能扩展至泰勒气泡后缘 , 无法求解气泡尾迹流动. 本文应用流体体积模型[4 ] 及延迟修正 QU ICK 格式[5 ] ,对泰勒气泡在滞止液 体中的流动形状及其周围流场分布进行了详细的模 拟计算 ,将求解范围扩展到气泡尾迹. 收稿日期 : 1999Ο 07Ο 08. 作者简介 : 鹿院卫 ,女,1971 年5月生 ,博士生 ;

周芳德 (联系人) ,男 ,能源与动力工程学院热能 工程系 ,教授 ,博士生导师. ? 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

1 数学模型 流体体积模型应用固定网格 ,对存在明显分界 面的难溶两相或多相进行模拟 ,在整个计算域内跟 踪各相的相体积分数 ,计算过程中的变量和物性都 代表体积平均值. 对于不可压缩气液两相 ( k 为l或g) ,应用流体体积模型 ,列出了动量守恒方程和质量 守恒方程. 1.

1 动量守恒方程 在整个计算域内对气液两相列出一套动量方 程 ,以张量形式表示如下