Исследование снарядного режима течения в квадратных и прямоугольных миниканалах

Проведено экспериментальное и численное исследование режимов течения в квадратных и прямоугольных миниканалах. С помощью скоростного теневого метода и автоматической обработки изображений исследуются режимы течения и переходы между ними. Детально изучен снарядный режим, исследованы длины газовых снарядов и жидкостных перемычек, а также их скорости. Численное моделирование выполнено методом VOF в пакете OpenFoam. На основе экспериментальных данных проведено моделирование снарядов в канале. Длины газовых снарядов и жидкостных перемычек проанализированы методом статистической обработки при различных скоростях газа и жидкости. Установлено, что течение является регулярным в узком диапазоне скоростей (при малых скоростях газа и жидкости). С увеличением расходов увеличиваются отклонения длины пузырьков от среднего значения. При этом можно наблюдать несколько характерных длин. Это связано с коалесценцией и дроблением пузырей в области смесителя.

Формирование снарядного режима течения.

Исследовано влияние угла смесителя на формирование режимов двухфазного течения в диапазоне углов от 30° до 150° относительно оси миниканала. Показано, что увеличение угла не оказывает существенного влияния на границы перехода между снарядным и снарядно-кольцевым режимами течения и на область пузырькового режима течения; однако можно наблюдать существенное влияние угла на области параллельного, снарядного и вспененного режимов течения. Исследованы механизмы образования снарядов в зависимости от угла смесителя. Характерная длина определяется развитием волновой неустойчивости в параллельном режиме, что приводит к блокированию потока газа. С ростом угла, кривизна межфазной поверхности увеличивается, что приводит к увеличению давления Лапласа. При больших углах смесителя давление Лапласа быстрее достигает порогового значения и образуется снаряд меньшего размера. Проведено сравнение с корреляциями, представленными в литературе. Корреляции точно описывают характеристики пузырьков в ограниченном диапазоне. В корреляциях не учитывается геометрия смесителя, существенно влияющая на механизмы образования снарядов. Определено, что наибольший эффект смеситель оказывает при соотношении приведенной скорости газа к приведенной скорости жидкости USG/USL > 1. При меньших соотношениях USG/USL жидкость является несущей фазой, а газ – дисперсной, размер пузырьков значительно меньше и значительная часть смесителя заполнена жидкостью. В этом случае параметры смесителя не оказывают существенного влияния на образование снарядов. Определены оптимальные углы смесителя для генерации монодисперсных снарядов. В смесителе с углом 60° наблюдались наиболее устойчивые снаряды; их длина практически одинакова. Также в смесителе с углом 60° наблюдались наиболее широкие зоны снарядного течения на карте режимов. Наибольшая площадь переходных режимов наблюдалась в смесителе с углом соединения 150°, и в этом же смесителе наблюдалось наибольшее отклонение длин газовых снарядов и жидкостных перемычек.

ИТ СО РАН. Руководитель работы к. ф.-м. н. Федор Валерьевич Роньшин. Тел. +7 (383) 316-51-37.