兩相流在工業(yè)管道中無處不在,例如大多數(shù)的換熱器中都存在一種形態(tài)或者多種形態(tài)的兩相流,這里有必要提出,兩相流形態(tài)分為氣-液兩相流,氣-固兩相流,液-液兩相流,液-固兩相流。本文主要討論的是氣液兩相流。

渦街流量計是國民經(jīng)濟中最常用的流量計之一,它在單相流中的計量特性已經(jīng)得到驗證,取得了非常成功的應用,然而由于兩相流動復雜,液相的引入破壞了氣相渦街壓力場,用渦街流量計測量會存在誤差。截面含液率增加導致流場中的紊流脈動增強,氣相旋渦強度降低,渦街信號逐步減弱,直至紊流脈動完全淹沒渦街信號。

由渦街兩相流場的多變性造成的渦街信號隨含液率增加而消失現(xiàn)象,只存在于兩相流工況下,這一現(xiàn)象增加了渦街流量計用于兩相流計量的復雜性,導致用于單相流的渦街流量計算模型不適用于兩相流量計量,然而少有文獻涉及氣液兩相流的渦街流場場強特性的研究。

本文主要圍繞氣液兩相流中渦街壓力場和速度場特性展開研究,主要完成以下工作:

(1)以旋渦誘導流場理論為基礎(chǔ),結(jié)合單相流Karmon渦街特性,研究了分層流下非定常的不穩(wěn)定Karmon渦街現(xiàn)象,建立了氣液兩相渦街誘導的壓力場模型,給出了渦街信號減弱度計算式。

(2)基于Basset-Boussinesq-Ossen方程和機械能守恒,從兩相作用力出發(fā)推導了渦街能量的表達式,提出了脈動壓力系數(shù),用來衡量霧狀流中鈍體尾流渦街能量的大小,從理論上建立了脈動液相流速和壓力系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系,它的一個推論用于判斷渦街是否存在,提出了預測液相流速的新算法。

(3)建立了標準孔板和渦街流量計用于氣液兩相流流量計量的聯(lián)立方程。考慮到截面含氣率、液滴夾帶量、氣液滑速比等兩相參數(shù)的作用,流速廓形等物理現(xiàn)象的存在,從理論上建立了渦街頻率與氣相體積流量的換算關(guān)系。

(4)提出了基于功率譜熵的參數(shù)調(diào)整隨機共振系統(tǒng),適用于強噪聲下微弱信號的檢測。利用頻譜分析得到的譜熵調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù),使系統(tǒng)運行于隨機共振狀態(tài),用以檢測氣液兩相流中渦街微弱信號。