Влияние дисперсной фазы на локальную структуру и теплообмен пузырьковых течений в области малых газосодержаний

Диссертационная работа посвящена экспериментальному изучению влияния дисперсной фазы на локальную структуру и теплообмен пузырьковых течений при малых газосодержаниях. Основным экспериментальным методом в работе является электродиффузионный, основанный на измерении скорости диффузии активных ионов к миниатюрному электроду-датчику помещенному в поток. Проведены эксперименты по изучению особенностей процесса генерации пузырьков газа на одиночном капилляре в потоке жидкости, исследованы локальные характеристики опускных пузырьковых течений при докритических числах Рейнольдса и вблизи режима зависания газовой фазы, так же изучена локальная гидродинамическая структура и теплообмен в вертикальной сборке стержней в квадратной компоновке. По итогам диссертационной работы получены следующие основные результаты: 1. Проведено систематическое исследование процесса отрыва пузыря при истечении газа из одиночного капилляра находящегося в потоке жидкости. Обнаружено влияние ориентации капилляра в потоке жидкости на размер формируемого пузырька. Показано, при расходе газа меньше критического значения наблюдается существенное влияние диаметра капилляра и вязкости жидкости на размер формируемого пузырька. 2. Проведено исследование локальных характеристик опускного пузырькового течения вблизи режима зависания газовой фазы. Впервые установлено, что относительные пульсации напряжения трения в опускном пузырьковом течении вблизи режима зависания газовой фазы выше, чем в однофазном на 20%. Восстановлены значения истинного газосодержания путем анализа баланса сил, действующих на столб двухфазной смеси. 3. В исследованиях опускного пузырькового течения при докритических числах Рейнольдса по жидкой фазе показано, что при малых газосодержаниях происходит существенная деформация профилей касательного напряжения по сечению трубы, что приводит к выполаживанию профиля скорости. Показано, что в пузырьковом течении при малых газосодержаниях возникают псевдотурбулентные пульсации скорости в пристенной зоне даже при докритических числах Рейнольдса, адекватным масштабом для этих пульсаций является динамическая скорость. 4. Для восходящих пузырьковых адиабатических потоков в вертикальной сборке стержней квадратной компоновки получены данные о: теплообмене стержней сборки с пузырьковым потоком, напряжении трения на стенке стержня. Величины напряжения трения и пульсаций напряжения трения на поверхности вертикального стержня существенно возрастают при введении в поток жидкости газовой фазы. Впервые показано, что зависимости этих величин от расстояния до дистанцирующей решетки принимают немонотонный вид, что кардинально отличается от однофазного течения. 5. Проведены экспериментальные исследования распределения локального газосодержания по сечению сборки. Впервые показано, что распределение газовой фазы по сечению канала не имеет аксиальной симметрии. Влияние дистанцирующей решетки приводит к перегруппировке распределения газовой фазы. Это объясняет существенное влияния газовой фазы на гидродинамические и турбулентные характеристики потока и соответственно немонотонное изменение трения на стенке стержня при удалении от решетки.