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相间作用力是气液两相截面特性变化及流型演化的动因,是揭示气液两相流动机理的关键参数之一,但在研究气液两相流过程中,通常会把相间作用力忽略或是简单的定性分析。本文是在课题组前期研究成果的基础上,利用研制的相间作用力检测装置又进行了实验测试,对垂直于水平流向的气液两相流相间作用力特性研究做了进一步补充和完善。 本文利用气液两相流动基本方程和流动参数的定义,推导出垂直于水平流向的气液两相流相间作用力理论模型,为相间作用力的定量计算提供了理论基础。 对方形管段的截面含气率完成了静态特性标定,经过数据拟合得到静止状态下的截面含气率测量模型,其绝对误差绝对值小于0.05,在实验误差允许范围内。 通过对方形管内气液两相流动特点分析以及对多相流模型的研究,本文选用VOF模型对相间作用力进行二维数值模拟,采用速度入口,压力出口,同时在模型中考虑了表面张力。模拟的各工况管内流体流动状态与实验过程相吻合,并且将反应垂直水平流向相间作用力的垂直差压与实验测得值对比,结果显示两者的变化趋势一致,都是随气相流速增加而减小。 分析了相间作用力是怎样引起流型变化的。本文选取垂直水平流向的高频差压信号作为分析对象,利用非线性分析方法提取垂直于水平流向的高频压差信号的特征参数,很好地反映了分层流到环状流转换过程的相关信息,并结合相间作用力分析流型演变的动因,为揭示气液两相流动机理提供了新的方法。最后通过理论计算得到相间作用力,对相间作用力做了简单的定量分析。