Структура двухфазного пузырькового течения в горизонтальном и слабонаклонном канале

Каипова, Елена Владимировна

Структура двухфазного пузырькового течения в горизонтальном и слабонаклонном канале тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Каипова, Елена Владимировна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новосибирск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2007 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Структура двухфазного пузырькового течения в горизонтальном и слабонаклонном канале»

Автореферат диссертации на тему "Структура двухфазного пузырькового течения в горизонтальном и слабонаклонном канале"

На правах рукописи

Каипова Елена Владимировна

СТРУКТУРА ДВУХФАЗНОГО ПУЗЫРЬКОВОГО ТЕЧЕНИЯ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ И СЛАБОНАКЛОННОМ КАНАЛЕ

01 04 14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

00317312^

Новосибирск - 2007

003173122

Работа выполнена в Институте теплофизики им С С Кутателадзе Сибирского отделения РАН

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

ст н с Кашинский Олег Николаевич

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

профессор Козлов Виктор Владимирович ИТПМ СО РАН

доктор физико-математических наук профессор Лежнин Сергей Иванович ИТ СО РАН

Ведущая организация ГНЦ РФ -Физико-энергетический институт

им А И Лейпунского

Защита состоится «14 » ноября 2007 г в 9 час 30 мин , на заседании диссертационного совета К 003 053 01 по присуждению ученой степени кандидата наук при Институте теплофизики им С С Кутателадзе СО РАН (630090, Новосибирск, просп Акад Лаврентьева, 1)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики им С С Кутателадзе СО РАН

Автореферат разослан « а » октября 2007 г Ученый секретарь

диссертационного совета К 003 053 01

доктор технических наук, профессор д w-^/- -1——В н Ярыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Двухфазные газожидкостные потоки встречаются в различных отраслях теплоэнергетике, ядерной энергетике, химической, микробиологической промышленности и др Газожидкостные течения реализуются при совместной транспортировке нефти и газа, используются в барботажных реакторах и других промышленных устройствах Многообразие режимов потоков существенно усложняет теоретическое предсказание гидродинамики таких течений, требуя использования многочисленных гипотез, предположений и приближений Нередко сложность структуры течения делает невозможным чисто теоретическое описание его поведения и требует использования эмпирических данных Поэтому экспериментальное изучение газожидкостных потоков остается актуальным

Известно, что гидродинамические характеристики газожидкостных течений (в отличие от однофазных) существенно зависят от режима течения смеси, от геометрии канала и направления движения фаз

В литературе широко и подробно описаны экспериментальные исследования газожидкостных течений в вертикальных трубах и каналах Гидродинамика течений в горизонтальных и наклонных трубах и каналах практически не изучена, тогда как именно в этих условиях наличие даже небольшого содержания газовой фазы в потоке может привести к существенным изменениям гидродинамических характеристик течения и проявлению новых эффектов. Следует отметить, что именно наклонные и горизонтальные газожидкостные течения реализуется при совместной транспортировке нефти и газа, а также при производстве тонкой фольги в электролизерах

Большой интерес, как с научной, так и с инженерной стороны, представляет влияние газовой фазы на средние характеристики потока, такие как касательное напряжение трения на стенках, его пульсации, профили скорости жидкости и другие гидродинамические показатели течения Немаловажным'Являются и мгновенные значения этих величин и их зависимость от распределения газовой фазы по сечению канала

К числу вопросов, представляющих значительный интерес, относятся исследования взаимодействия пузырей с окружающей их жидкостью и со стенкой, а также эффектов, вызванных этим взаимодействием

Целью диссертационной работы является систематическое экспериментальное исследование структуры пузырькового газожидкостного течения в горизонтальном плоском канале и при малых углах наклона (до 20°) относительно горизонтали в диапазоне приведенных скоростей жидкости до 1 м/с и анализ экспериментальных данных

Научная новизна Результаты работы обладают научной новизной. Улучшена методика определения локального газосодержания и скорости жидкости путем изучения зависимости этих характеристик от порога дискриминации газовой фазы.

В пузырьковом потоке в наклонном канале исследовано влияние ориентации канала на средние и пульсационные характеристики течения Показана существенная зависимость локальных характеристик течения от угла наклона канала

В горизонтальном потоке подробно изучены средние и пульсационные характеристики пузырькового течения. Впервые получены существенно асимметричные профили скорости жидкости и профили пульсаций скорости жидкости в горизонтальном канале

Замечено, что при умеренных расходных скоростях фаз, происходит концентрация пузырей с образованием крупномасштабных пузырьковых структур вдоль потока Впервые изучено влияние этих пузырьковых структур на гидродинамические характеристики течения

Практическая ценность работы. Полученные экспериментальные данные о структуре пузырькового газожидкостного течения в исследованных режимах и условиях могут быть использованы для разработки и тестирования методов расчета характеристик двухфазных течений, используемых для проектирования технологического оборудования и трубопроводов

Достоверность полученных экспериментальных данных основана на отлаженной методике измерения локальных гидродинамических характеристик газожидкостных потоков, применяемой в Институте теплофизики СО РАН Подтверждена их повторяемостью, анализом погрешности измерений, совпадением интегральных характеристик течения с расходными величинами

На защиту выносятся:

1 Результаты исследования зависимости измеренных значений локального газосодержания, скорости жидкости и пульсаций скорости жидкости от порога дискриминации газовой фазы

2. Результаты систематических исследований влияния ориентации канала на средние и пульсационные значения трения на стенке, а также распределения локального газосодержания при различных расходных скоростях жидкости и газа

3 Результаты экспериментального исследования средних и пуль-сационных характеристик (средние и пульсационные значения трения на стенках канала, профили локального газосодержания, скорости

жидкости и пульсаций скорости жидкости, перепад давления на длине рабочего участка) пузырькового течения в горизонтальном канале

4 Результаты экспериментального исследования условных характеристик касательного напряжения на стенке в режимах с образованием крупномасштабных пузырьковых структур

Апробация работы Основные результаты работы были доложены на XL международной научной студенческой конференции (Новосибирск, 2002 г), на VII и IX Всероссийских конференциях молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (Новосибирск, 2002 и 2006г), на 3-ей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002г), на региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука Техника Инновации» (Новосибирск, 2002г), на 3-ей Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики теория, эксперимент и новые технологии» (Новосибирск, 2003г), на 3-ем Международном симпозиуме по моделированию и экспериментальному изучению двухфазных течений (Пиза, 2004г), на V Минском форуме по тепломассообмену (Минск, 2004г), на 5-ой Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2006г)

Публикации По материалам диссертационной работы опубликовано 13 работ

Личное участие автора Данная работа выполнена в 2001-2007 годах в Лаборатории физико-химической гидромеханики Института Теплофизики СО РАН Участие автора заключается в обсуждении постановки задачи, реконструкции экспериментальной установки, отработке методики измерения, проведении экспериментов, написании программного обеспечения для обработки сигналов, анализе полученных результатов, подготовке публикаций по результатам исследований Данный цикл работ проводился под руководством и непосредственном участии д ф -м н О Н Кашинского

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы Диссертация изложена на 150 страницах, включает библиографический список из 110 наименований, иллюстрирована 69 рисунками и 4 таблицами

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы цели работы, обоснована актуальность темы исследования, отмечена научная новизна, и практическая ценность работы, приведены основные положения, представленные на защиту и кратко описана структура диссертации

В первой главе приводится обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию двухфазных газожидкостных пузырьковых течений, а также методик, применяемых для исследования таких течений

Впервые внутренняя структура газожидкостного потока была определена в работе [Neal, Bankoff, 1963] Эта работа положила начало большому количеству исследований распределения фаз в газожидкостных потоках Известны работы [Ибрагимова, Бобкова, Тычинского, 1973], [Delhaye, 1968] и [Delhaye, Semeria, Flamand, 1973] по изучению гидродинамической структуры пузырьковых потоков в вертикальных трубах

Большая часть экспериментальных исследований пузырьковых потоков посвящена течениям в вертикальных трубах и каналах [Nakoryakov, Kashinsky и др , 1981], [Liu, Bankoff, 1993], [Sun, Kim и др , 2002] В этом случае распределение газовой фазы формируется под влиянием боковых сил, действующих на всплывающие пузыри при наличии градиента скорости [Tomiyama, Tamai и др , 2000]

Значительно менее исследовано газожидкостное течение в наклонном канале В отличие от однофазного течения, структура двухфазного потока существенно зависит от расположения канала и направления движения фаз В работе [Sanaullah, Thomas, 1994] были измерены профили средней скорости жидкости и локального газосодержания в развитом восходящем пузырьковом течении в прямоугольном канале, расположенном под углами до 30° к вертикали при расходном газосодержании 2-4% Было показано существенное искажение профилей скорости присутствием пузырей В работах [Кашинского, Чинака и др , 1993] и [Kashinsky, Chmak, 1997] было показано, что расположение канала существенно влияет на гидродинамику течения

Гидродинамика пузырьковых течений в горизонтальных трубах и каналах также полностью не изучена Таким исследованиям посвящены работы [Andreussi, Paghanti, Silva, 1999] и [Fujasova, Vejrazka и др , 2007]

В работе [Gabillet, Cohn, Fabre, 2002] было изучено развитие пузырькового слоя в горизонтальном канале при инжекции пузырей через пористую поверхность, Отмечена существенная разница скорости пузырей вблизи пористой поверхности и в центре канала

В последние годы в литературе стали появляться работы, описывающие экспериментальное наблюдение крупномасштабных структур в пузырьковом течении В работе [Davis, Fungtamasan, 1984] замечены небольшие флуктуации плотности распределения пузырей или образование перемежающихся пузырьковых облаков Скорость таких облаков больше средней скорости течения В работе [Mudde, Lee и др , 1997] показано, что при малых газосодержаниях пузыри группируются в цепочку, образуя

пузырьковую область, далее они движутся вместе волнообразным способом Области между стенками канала и пузырьковой лентой заняты вихревыми крупномасштабными структурами, в которых наблюдаются области возвратного течения В работе [Cui, Fan, 2004] показано, что турбулентность, индуцированная пузырями, доминирует над сдвиговой турбулентностью однофазной жидкости, а в следе пузыря образуются вихри В работе [Ogasawara, Tagawa и др , 2004] было отмечено образование пузырьковых кластеров вблизи стенки в монодисперсном пузырьковом течении в вертикальном плоском канале В работе [Zenit, Koch, Sangani, 2001] была отмечена группировка небольшого количества пузырей в структуры в вертикальном плоском канале при течении монодисперсного пузырькового потока при больших числах Рейнольдса Вышеописанный эффект группировки пузырей наблюдался в вертикальных каналах, образование пузырьковых крупномасштабных структур в горизонтальных и наклонных каналах в литературе не описано

Во второй главе приведено описание экспериментальной установки Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1 Она представляла собой замкнутый по жидкости и разомкнутый по газу двухфазный контур Жидкость из основного бака 1 с помощью центробежного насоса 2 поступала в рабочий участок 3 Для измерения расхода жидкости использовались два ротаметра 4 и 5 Газожидкостная смесь из рабочего участка попадала в верхний бак-сепаратор 6, где освобождалась от газовых включений Из бака-сепаратора жидкость вновь поступала в основной бак

Рабочий участок установки представлял собой прямоугольный канал поперечным сечением 10x100 мм и длиной 1,7 м Газ вводился в поток через 21 капилляр с внутренним диаметром 0,25 мм, вклеенных в орг-стеклянной вставке 7, помещенной на нижней стенке канала Расход газа определялся по перепаду давления на расходомерной диафрагме 8 Пузыри газа образовывались при отрыве газа от торцов капилляров, которые выступали на 5мм от нижней стенки канала Расстояние от места ввода газа до измерительной секции было равно 1,3 м Газожидкостный поток, получающийся при смешении газа и жидкости, поступал в измерительную секцию рабочего участка Во всех режимах производилась видеосъемка потока с помощью цифровой видеокамеры 9

Положение рабочего участка можно было варьировать с помощью координатного устройства, угол наклона канала 0 отсчитывался от горизонтального положения 9=0° соответствовало горизонтальному потоку, отрицательные значения угла 9 - восходящему течению, положительные 9 -опускному течению

Рис 1 Схема экспериментальной установки

Эксперименты проводились в диапазоне приведенных скоростей жидкости VI до 1 м/с Расходное газосодержание Р=Ус/(У1+Ус) изменялось до 0,20 Во всех режимах поток оставался пузырьковым

В третьей главе приведено изложение методики измерения локальных характеристик двухфазного течения Обсуждается применение электрохимического метода для получения локальных характеристик пузырькового течения Описан способ обработки реализаций сигналов датчиков Для одновременного измерения скорости жидкости, ее пульсаций и локального газосодержания был использован датчик типа «лобовая точка», который работал в комбинированном режиме режиме датчика проводимости и электрохимического датчика скорости Данный режим работы осуществляется путем частотного разделения сигналов На рисунке 2 представлены сигналы скорости и проводимости при прохождении Рис 2 Сигналы скорости и про-1 газового пузыря через электрод датчи- водимости

ка В данной работе был проведен численный анализ полных реализаций сигналов электродиффузионного датчика скорости Изучена зависимость результатов измерения локальных гидродинамических характеристик пузырькового течения (а, и, и Ун) от уровня дискриминации газовой фазы, те от напряжения, сигнал выше которого идентифицируется как жидкость, ниже - как газ Был рассмотрен относительный порог дискриминации Уп=(Еп-Ег)/(Еж-Ег), значение Уп равно 1 для жидкой фазы и 0 для газовой фазы

Датчики опрашивались с частотой 4 кГц, время измерения составляло 100 секунд В связи с конечной длительностью перехода границы раздела фаз через датчик величины измеренных значений газосодержания, скорости жидкости и ее относительных среднеквадратичных пульсаций зависят от величины выбранного порога Данная зависимость приведена на рисунке 3 для режима (У[=0,6 м/с, /2=0,05, в= 10°) Видно, что с ростом величины Уп измеренное значение локального газосодержания возрастает в соответствии с формой сигнала фазы Наиболее корректным является выбор уровня дискриминации максимально близко к уровню жидкости, т е к Уп=1 Реально, этот уровень не может превышать значения 0,8 - 0,85 вследствие того, что на уровень жидкости наложен высокочастотный шум (обусловленный недостаточной фильтрацией сигнала), который может искажать измерения при более высоких значениях Уп Проблема выбора уровня вырезания всегда стоит при измерениях методом электропроводности, в работе [Субботин, Похвалов и др , 1975], например, также рекомендуется выбирать значение порога максимально близко к уровню жидкости Выбор порога дискриминации влияет также и на измеренные значения скорости жидкости и пульсаций скорости Видно, что имеется предельная зависимость измеренного значения средней скорости от Уп, однако, она более слабая, чем для газосодержания В целом уровень вырезания влияет на измеренные значения средней скорости слабо Несколько сильнее зависит от уровня вырезания

0 5 -оооооооооооооооооооО^

- 03

+ -а

о - и

о - и'/и

-+++■

++++

02 04 06 08

Рис 3 Зависимость измеренных локальных хаоактеоистик от псюога дискоиминации

интенсивность пульсаций скорости Это связано с тем, что при низком уровне вырезания часть сигнала, соответствующая газовой фазе, воспринимается как пульсации скорости жидкости При увеличении уровня порога дискриминации Уп происходит увеличение измеренных значений локального газосодержания и скорости жидкости, в то время как интенсивность пульсаций скорости уменьшается Для измерений гидродинамических характеристик пузырькового течения было выбрано значение порога вырезания Уп=0,8 Это значение близко к уровню жидкости, но находится ниже уровня, на который могут влиять шумы, наложенные на высокочастотный сигнал в жидкой фазе В связи с тем, что зависимости газосодержания и скорости от порога вырезания линейные в области Уп от 0,2 до 0,8, можно легко экстраполировать полученные результаты на уровень жидкости, Уп=1 Это, однако, лишь слабо изменит результат по сравнению со значениями для Уп=0,8

Проведена оценка погрешности измерений гидродинамических характеристик двухфазного потока

В четвертой главе обсуждаются результаты экспериментального исследования гидродинамических характеристик пузырькового течения в горизонтальном плоском канале Визуальное наблюдение показывает, что пузыри газа концентрируются вблизи верхней стенки канала На рисунках 4 и 5 представлены профили локального газосодержания, скорости жидкости и относительных среднеквадратичных пульсаций скорости жидкости Координата у отсчитывается от верхней стенки рис 4 Профили локального газосодержания, скорости канала у=5 соот- жидкости и пульсаций скорости жидкости У1_=0,4м/с ветствует центру р=0,05 канала, а 3—10 -

нижней стенке Максимальное значение а наблюдается вблизи верхней стенки на расстоянии порядка половины среднего размера пузыря, далее

^ 04

"а сс£

а' 0 2

- .-14.++

-м1" ♦♦♦♦

I ♦ ♦

♦ ■

+ + + + +

+ + , _

+ - и

♦ — а

■ - и'/и

■ ■ ■

+ +

4 6

у, мм

происходит уменьшение о(у), и в нижней половине сечения канала наблюдается однофазное течение жидкости Увеличение расходного газосодержания приводит как к увеличению максимального значения а и ширины пузырькового слоя, вследствие увеличения числа газовых включений, так и к смещению положения максимума газосодержания, что вызвано увеличением среднего размера пузырей При возрастании приведенной скорости жидкости происходит некоторое уменьшение максимального значения а, ширина пузырькового слоя при этом практически не изменяется

При больших расходных газосодержаниях (Р=0,2) во всех исследованных режимах максимальное локальное газосодержание превосходит 0,6 В восходящем течении в вертикальной трубе такое значение а характерно для снарядного режима течения Однако визуальное наблюдение показало, что в изученных условиях поток оставался пузырьковым

Неравномерное распределение газа по сечению канала приводит к асимметричным профилям скорости жидкости профиль в нижней части сечения канала более заполнен, чем в верхней, а максимум смещается к нижней стенке по сравнению с однофазными значениями Скопление газа вблизи верхней стенки приводит к перераспределению расхода жидкости Большая часть расхода жидкости проходит через нижнюю половину сечения канала, минимальный расход - в пузырьковом слое Увеличение расходного газосодержания вызывает возрастание расхода жидкости в нижнем сечении канала и его уменьшение вблизи верхней стенки

Область течения вблизи верхней стенки характеризуется высокими значениями локального газосодержания, а до 0,4-0,6 Это значит, что объемы жидкости явля-

1 2

£ 08 3

са .о" Е

= 04

К+1

+ + + + +

+ - и

♦ — ОС

□ - и'/и

+ +

еда

._I_,_I

♦»♦и

О 2 4 6 8 10

у, мм

Рис 5 Профили локального газосодержания, скорости жидкости и пульсаций скорости жидкости V[^=0,8м/с, (3=0,2

ются заключенными в ячейках между пузырями Жидкость в этой зоне должна двигаться со скоростью близкой к скорости пузырей Это приводит к появлению участка в профиле скорости, в котором скорость имеет меньший градиент по сравнению с однофазным течением (при у от 0,5 до 2 мм)

Относительные среднеквадратичные пульсации скорости жидкости также имеют несимметричное распределение по сечению канала в нижней части сечения интенсивность пульсаций совпадает с поведением в однофазном течении она увеличивается к стенке канала и достигает 0,3 — 0,4 вблизи нижней стенки В верхней части сечения канала интенсивность пульсаций выше и остается практически постоянной в пузырьковом слое В этой области основной вклад вносит турбулентность, наведенная пузырями

Неравномерность распределений фаз вдоль поперечного сечения канала приводит к разным значениям касательного напряжения на верхней и нижней стенках Нижняя стенка канала во всех изученных случаях находится в области однофазного течения, тогда как верхняя - в двухфазной области Реализации трения на верхней стенке канала отличаются как более высоким средним значением, так и большей амплитудой пульсаций На рисунке 6 приведена зависимость среднего по времени трения на нижней и верхней стенках канала от расходного газосодержания при различных значениях приведенной скорости жидкости Трение на нижней стенке (темные символы) линейно увеличивается с возрастанием /? и несущественно превосходит значения касательного напряжения в однофазном потоке при данной приведенной скорости жидкости

В однофазном потоке касательное напряжение на нижней и верхней стенках канала совпадают В области малых расходных газосодержаний

2 -

'■ Л - У1=0 4 м/с

О - У1=0 6 м/с

О - У1=0 8 м/с ,

в • •; о «

8 •

_1_

0 05

0 1 Р

015

Рис 6 Значения среднего трения на стенках

(/?<0,05) увеличение объема газа в потоке приводит к резкому возрастанию трения на верхней стенке, в области умеренных и больших (для пузырькового режима течения) расходных газосодержаний возрастание трения линейно зависит от Р

Влияние газовой фазы на трение на верхней стенке (светлые символы) обусловлено относительной скоростью пузырей Пузырь, находящийся в градиенте скорости жидкости в пристенной области, движется «как целое» со средней скоростью окружающей его жидкости, но быстрей жидкости, находящейся между ним и верхней стенкой канала Это приводит к увеличению градиента скорости в пристенной области, а значит и к возрастанию трения на верхней стенке

Увеличение приведенной скорости жидкости приводит к увеличению трения на нижней и верхней стенках канала, разница между их значениями также возрастает

Следует отметить, что во всех исследованных режимах трение на верхней стенке (в двухфазной области) было выше, чем трение на нижней стенке -в области однофазного потока Снижения трения в двухфазной области в данных экспериментах не наблюдалось

На рисунке 7 показано сравнение экспериментально измеренного среднего по времени трения на нижней стенке с рассчитанными значениями для различных приведенных скоростей жидкости Трение на нижней стенке канала возрастает с увеличением р, что обусловлено увеличением скорости жидкости вблизи нижней стенки за счет вытеснения газовой фазой части объема жидкости На рисунке 7 также приведены значения, рассчитанные по гомогенной модели (сплошные линии) с использованием формулы сопротивления Блазиуса и по формуле Арманда (штриховые линии) Эти расчетные значения совпадают с экспериментально измеренными величинами трения на нижней стенке, но сущест-

•

+ - V1=0 4 m/c

4 - ♦ - V1=0 6 m/c

А - V1=0 8 m/c

О U-1-1-1_I_i-1_«_L

0 0 05 0 1 0 15 0 2

Рис 7 Соеднее тление на нижней стенке

венно ниже значений трения на верхней стенке канала Символом х обозначены точки, полученные следующим путем Чтобы учесть неравномерное распределение фаз по сечению канала, приводящее к перераспределению расхода жидкости, при расчете трения на нижней стенке был произведен переход от двухфазного пузырькового течения к «модифицированному» однофазному потоку Поскольку нижняя стенка канала всегда находится в однофазном потоке, значения трения на ней были рассчитаны по формуле сопротивления Блазиуса для модифицированного однофазного потока Так как основной расход жидкости вытесняется пузырьковым слоем к нижней стенки, было найдено положение максимума экспериментально измеренной скорости жидкости, далее, используя нижнюю часть профиля скорости жидкости, начинающуюся от этой точки, был построен профиль скорости однофазного потока За расстояние между двумя плоскими пластинами при расчете было взято удвоенное расстояние от координаты максимума скорости жидкости до нижней стенки Рассчитанные значения удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными

Перепад давления на длине рабочего участка 0,897 м плоского горизонтального канала был измерен с помощью и-образного дифференциального манометра Разница уровней жидкости дифференциального манометра определялась с помощью катетометра

На рисунке 8 представлена зависимость измеренного перепада давления от расходного объемного газосодержания в канале Перепад давления складывается в общем случае из потерь давления на трение по периметру канала, на ускорение и на преодоление гравитационных сил В условиях горизонтального потока основной вклад в перепад давления вносят потери давления на трение по периметру канала, поэтому по-

800

600

400

200

■

+ - V1=04m/C

- ♦ - V1=06M/C

• - V1=0 8 м/с Л " " %

•

* •

л •

-л _ - г -

__ ♦

< Г

г __--

"Í ♦ + + "Г + +

1 . 1 1 J—I

0 05

0 1 0 15

Рис 8 Зависимость перепада давления от Р

ведение перепада давления схоже с поведением трения на стенках канала монотонно увеличивается с возрастанием р Увеличение приведенной скорости жидкости вызывает существенное возрастание как среднего трения, так и перепада давления На рисунке 8 представлено сравнение экспериментально полученных величин потерь давления со значениями, рассчитанными по среднему арифметическому трению, экспериментально измеренному на верхней и нижней стенках канала Рассчитанные значения удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными

В пятой главе приведены результаты экспериментального исследования восходящего и опускного пузырькового течения в плоском канале при малых углах наклона (от -20° до +20°) относительно горизонтали

Распределение газовой фазы по сечению канала зависит от расходных скоростей потока и ориентации канала относительно горизонтали Характерные профили локального газосодержания приведены на рисунке 9 Во всех случаях пик локального газосодержания наблюдается у верхней стенки При изменении угла наклона от 9=-20° (восходящее

течение) до 0-20 (опу- рис д Зависимость локального газосодержания скное течение) пик ло- от угла наклона канала Уь=0,6м/с, Р=0.05 кального газосодержания несколько отходит от верхней стенки и толщина пузырькового слоя увеличивается

Средние по сечению значения газосодержания, полученные путем интегрирования измеренных профилей по всей высоте канала (10мм ), представлены на рисунке 10 При изменении угла наклона от -20 до + 10 происходит существенное увеличение ((X.) Основной причиной возрастания среднего газосодержания при изменении угла может являться изменение скорости газовой фазы при изменении ориентации канала При переходе от отрицательных углов наклона к положительным скорость газовых пузырей уменьшается под влиянием отрицательной проекции архимедовой

+ - |3 = 0 05 • - р = 0 10 ♦ -В = 015

силы на направление потока Это приводит к возрастанию среднего газосодержания при неизменном значении Р При увеличении расходного газосодержания зависимость (СС) от угла наклона канала становится более заметной

верхняя - в двухфазной области На рисунках 11 и 12 представлены зависимости трения на

<а> 02

0 16 -

0 12

0 08

0 04

-20 -10 0 10 0° Рис 10 Зависимость истинного газосодержания от угла наклона канала У[=0,4м/с, 1 -Р=0,05,2-Р=0Д.З-Р=0Д5

стенках от угла наклона канала Трение на нижней стенке несколько превосходит трение в однофазном потоке из-за увеличения средней скорости жидкости вследствие ее вытеснения газом Оно слабее зависит от ориентации канала, чем на верхней стенке При восходящем течении, пик локального газосодержания находится ближе к верхней стенке по сравнению с опускным Это приводит к увеличению

я С

1 2

А -верхний датчик ▼ - нижний датчик ---- однофазный поток

-20 -15 -10 -5 0 5 до Рис 11 Зависимость трения на стенке от угла наклона канала У[=0,4м/с, Р=0,05

7 -

6 5

и' 4 3 2 1 О

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 е° Рис 12 Зависимость трения на стенке от угла наклона канала \^=1м/с, р=0,1

* - верхний датчик ▼ - нижний датчик — — — - однофазный поток

градиента скорости вблизи стенки и, следовательно, к увеличению трения на ней При переходе от восходящего течения к опускному, пик газосодержания отодвигается от верхней стенки и вклад пузырей в трение на ней уменьшается Кроме того, с изменением угла (от -9° к +0°) скорость пузырей уменьшается, что приводит к уменьшению трения на верхней стенке, однако оно всегда остается выше, чем в однофазном потоке

При увеличении расходного газосодержания зависимость трения от угла наклона канала становиться более явной, а напряжение трения на верхней стенке существенно возрастает Следует отметить, что во всех исследованных режимах трение на верхней стенке (в двухфазной области) было выше, чем трение на нижней стенке - в области однофазного потока Снижения трения в двухфазной области в данных экспериментах не наблюдалось

Основные причины возрастания трения на нижней стенке с переходом от восходящего потока к опускному заключаются в дальнейшем увеличении скорости жидкости за счет увеличения части объема жидкости, вытесненной газовой фазой (увеличение <оо) и в перераспределении расхода жидкости (большая часть расхода жидкости

ч 04

1->

0 1

-верхним датчик -нижний датчик

Рис 13 стенке

-20 -15 -10 -5 0 5 до Зависимость пульсаций трения на от угла наклона кана-

ла Уь=0,4м/с,р=0,05

вытесняется пузырьковым слоем в нижнюю половину поперечного сечения канала).

Результаты измерений относительных среднеквадратичных пульсаций трения приведены на рисунке 13. На нижней стенке величина хп,/т,„ остается практически постоянной, не зависящей от ориентации канала и совпадает с характерными значениями пульсаций на стенке в однофазном турбулентном потоке. На верхней стенке это соотношение уменьшается при изменении угла наклона, при переходе от восходящего к опускному

течению. Величина Ти, / Ги. зависит также и от приведенной скорости

жидкости, уменьшаясь с ее ростом. Такое поведение пульсаций связано с изменением возмущающего действия газовых пузырей на течение вблизи стенки, вследствие изменения положения пика газосодержания и скорости газовой фазы.

В шестой главе приведены данные исследования эффекта группировки пузырей в пузырьковые крупномасштабные структуры и их влияние на локальные характеристики течения.

Пузыри газа, образовавшись при отрыве газа от торцов капилляров, находящихся в центре канала (у=5мм), располагались равномерно по потоку. Далее, они под действием сил плавучести занимали место вблизи верхней стенки канала, здесь они взаимодействовали между собой и со стенкой канала (находятся в градиенте скорости жидкости). Это приводило к тому, что в некоторых изученных режимах имел место эффект группировки пузырей в кластеры, а пузырьковый поток представлял со-

Рис. 14. Картина течения вблизи генератора пузырей и в визуализационном бло-ке:Уь=0,2м/с,Р=0,10; в=-18°.

бой чередование пузырьковых кластеров и однофазной жидкости с отдельными пузырями или без них. На рисунке 14 представлены фотографии картин течения вблизи генератора пузырей и на расстоянии 1,2 м от

места ввода газа. Такое поведение наиболее характерно для восходящего течения, где пик локального газосодержания находится ближе к стенке, а градиент скорости жидкости в окрестности пузырей наиболее сильный.

При переходе от восходящего течения к опускному, профиль скорости жидкости вблизи верхней стенки канала из более заполненного (по сравнению с однофазным) переходит к мене заполненному (по сравнению с однофазным профилем). Такие изменения приводят к перестройке структуры течения, пик локального газосодержания отодвигается от верхней стенки канала, кроме того скорость пузырей уменьшается, а эффект группировки пузырей становится менее выражен, также существенно возрастает коалесценция пузырей. Увеличение приведенной скорости жидкости, несмотря на больший градиент скорости жидкости вблизи верхней стенки канала, приводит к уменьшению (рис.15), а затем и к почти полному исчезновению, эффекта группировки пузырей в кластеры. Группировка пузырей происходит при умеренных приведенных скоростях жидкости (0,2-Ю,6 м/с). Несмотря на то, что группировка пузырей в кластеры наблюдается при одинаковых расходных скоростях жидкости и газа, как в восходящем, так и в опускном потоке, наиболее четкие структуры можно видеть в восходящем течении. В этом случае можно найти режимы, где поток представляет собой только чередование пузырьковых структур и однофазной жидкости. В других рассмотренных условиях добавляется еще режим жидкости с отдельными или почти равномерно распределенными пузырями. В случае опускного течения, сгруппированные пузыри сливаются и эффект становится менее выраженным.

Группировка пузырей в кластеры существенно влияет на мгновенные показания датчика трения, расположенного на верхней стенке канала. На рисунке 16 представлены реализации сигнала датчика трения и нормированный сигнал с датчика проводимости (значения соответствующие единице характерны для моментов нахождения датчика проводимости в газовой фазе, нулю - в жидкой). Чувствительный элемент датчика проводимости располагался строго под датчиком трения. Для выделения пузырьковых кластеров был построен сглаженный по 242 точкам реализации, что соответствует времени осреднения 48,4 мс (наиболее характерному вре-

Рис.15. Картина течения:Уь=0,6м/с,(3=0,10; 6=0°.

мени прохождения кластеров) сигнал фазы За критерий наличия кластеров было принято условие асглгы>0,5, условие асглаА<0,1 соответствует

оз

С ?

ь*

О 16

Рис 16 Нормированный сигнал датчика проводимости, сигнал датчика трения Уь=0,2м/с, (3=0,10, 0=-18°, у=1мм однофазной жидкости, остальные области соответствуют пузырьковому потоку с равномерно распределенной газовой фазой Из рисунка видно, что областям группировки пузырей соответствуют как наибольшие значения среднего трения, так и наибольшие показания абсолютных пульсаций трения

На рис. 17 представлены гистограммы распределения плотности вероятности значений трения Видно, что в однофазном потоке плотность вероятности имеет более симметричную форму, чем в пузырьковом течении при формировании крупномасштабных пузырьковых При увеличении (3 гистограмма распределения трения на стенке ста-

Рис 17 Распределение плотности вероятности трения при разных Р Уь=0,4м/с, 0=0°

новится более размытой в сторону больших значений При переходе к таким р и Уь при которых наблюдается плотно заполненный равномерный пузырьковый слой вблизи верхней стенки канала ((3=0,2), гистограмма распределения вновь становится почти симметричной, пик которой будет совпадать со средним трением в потоке, а ширина будет зависеть от величины пульсаций трения пузырькового потока

Таблица 1 Среднее и пульсационное трение в зависимости от режима течения

Уь м/с Р кластер» Па Т кластер Па, Твне. Па т'внс. Па

0,2 0,1 -18 3,49 1,59 0,83 0,38

0,27 0,08 -18 3,66 1,64 0,84 0,34

0,4 0,05 -18 3,8 1,76 1,31 0,7

0,4 0,05 0 2,47 1,28 1,05 0,5

0,4 0,05 +12 2,04 1,06 0,99 0,43

0,4 0,1 0 2,47 1,13 1,06 0,39

В таблице 1 приведены значения среднего трения в пузырьковых кластерах и в однофазной жидкости, а также соответствующие им абсолютные пульсации трения Значения среднего трения и его абсолютных пульсаций в пузырьковых кластерах существенно выше аналогичных значений в однофазных просветах между пузырьковыми группами и выше среднего по всему потоку трения, что свидетельствует о возмущающем действии пузырьковых структур Видно, что при переходе от восходящего течения к опускному, трение и абсолютные пульсации трения в кластерах уменьшаются, что вызвано изменением положения пика локального газосодержания

ВЫВОДЫ

1 Проведено усовершенствование методики измерения локального газосодержания и скорости жидкости с использованием электродиффузионного метода Впервые изучено влияние порога дискриминации сигнала на измеренные средние и пульсационные величины

2. Проведены систематические исследования гидродинамической структуры двухфазного пузырькового течения в горизонтальном канале и при малых углах наклона относительно горизонтали

3 Показано, что малые изменения ориентации канала вблизи горизонтального положения оказывают существенное влияние на локальные гидродинамические характеристики течения

4. Найдено, что в горизонтальном канале происходит существенная деформация профилей скорости жидкости при всех расходных газосодержаниях Профили средней скорости жидкости в верхней части сечения канала существенно менее заполнены по сравнению с однофазными

5. Установлено, что среднее трение на верхней стенке канала (в области двухфазного течения) значительно выше, чем на нижней стенке, как в горизонтальном, так и в наклонном канале

6 Зафиксировано самопроизвольное возникновение крупномасштабных пузырьковых структур в горизонтальном и наклонном канале Впервые проведен анализ условных характеристик течения в волновых режимах Показано, что в моменты прохождения пузырьковых кластеров происходит значительное возрастание среднего и пульсационного трения на стенке

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1 Каипова Е.В. Двухфазное газожидкостное течение в горизонтальном и наклонном канале \\ Материалы XL Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» Физика , НГУ, Новосибирск, 2002, 146-147

2 Каипова Е.В. Двухфазное газожидкостное течение в горизонтальном и наклонном канале \\ VII Всероссийская конференция молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», Новосибирск, т 8,2002, 118-119

3 Кашинский О.Н., Чинак A.B., Каипова Е.В Двухфазное пузырьковое течение в наклонном канале \\Труды Третьей Российской национальной конференции по теплообмену, Москва, 2002, 69-72

4 Каипова Е.В. Двухфазное пузырьковое течение в наклонном канале \\ Материалы докладов региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука Техника Инновации» /Новосибирск, 2002,97-98

5 Кашинский О.Н., Чинак A.B., Каипова Е.В. Пузырьковое газожидкостное течение в наклонном прямоугольном канале \\ Теплофизика и Аэромеханика, 2003, том 10, № 1, 71-78

6 Кашинский О.Н., Каипова Е.В., Курдюмов A.C. Применение электрохимического метода для измерения скорости жидкости в двухфазном пузырьковом течении \\ Инженерно-физический журнал, 2003, том 76, № 6, 19-23

7 Каипова E.B Гидродинамическая структура двухфазного пузырькового течения в горизонтальном канале \\ Третья всероссийская конференция молодых ученых «Проблемы механики теория, эксперимент и новые технологии»// Новосибирск, 2003, 36-37

8 Kaipova E.V. Two-phase bubble flow in inclined and horizontal channelsW Journal of Engineering Thermophysics, 2003, Vol 12, № 4, 297311

9 Кашинский O.H., Каипова E.B. Двухфазное пузырькового течение в горизонтальном канале \\ Труды V Минского форума по тепломассообмену, Минск, 2004, (File S02\5-44 pdf)

10 Kashinsky O.N., Kaipova E.V., Chinak A.V. Hydrodynamic structure of two-phase bubbly flow in a horizontal channelW 3rd International Symposium on Two-Phase Flow Modelling and Experimentation, Pisa, Itaiy, September 2004, 22-24, Peper VEN-05

11 Кашинский O.H., Каипова E.B.. Гидродинамическая структура двухфазного пузырькового течения в горизонтальном канале \\ Тезисы докладов и сообщений V Минского форума по тепломассообмену, 24-28 мая 2004г, Минск, 2004, т 2, 43-44

12 Каипова Е.В. Скорости фаз в пузырьковом газожидкостном течении в канале \\ IX Всероссийская школа-конференция молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», Новосибирск, 2006, 53-54

13 Каипова Е.В. Локальное газосодержание и скорости фаз в пузырьковом течении в плоском канале \\ Материалы 5-ой Всероссийской научной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики", Томский университет, 2006, 382-383

Подписано к печати 5 октября 2007 г Заказ № 92 Формат 60/84/16 Объем 1 уч-изд л Тираж ПОэкз

Отпечатано в Институте теплофизики СО РАН 630090, Новосибирск, пр Акад Лаврентьева, 1

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Каипова, Елена Владимировна

СОДЕРЖАНИЕ.

Основные обозначения:.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1 Модели расчета двухфазных газожидкостных течений.

1.2 Экспериментальные работы по исследованию газожидкостных течений.

1.3 Методы измерения характеристик двухфазного потока.

1.3.1. Способы визуализации пузырьковых потоков.

1.3.2. Методы измерения локального и истинного газосодержания.

1.3.3. Способы измерения скорости жидкости.

1.3.4. Способы измерения напряжения трения на стенке.

1.4. Постановка задачи.

Глава 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

Глава 3. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.

3.1. Электрохимический метод измерения.

3.1.1. Измерение трения на стенке.

3.1.2. Измерение локального газосодержания и скорости жидкости.

3.2 Анализ погрешностей измерения.

Глава 4. ПУЗЫРЬКОВОЕ ТЕЧЕНИЕ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ПЛОСКОМ КАНАЛЕ.

4.1. Распределение локального газосодержания.

4.2. Профили скорости жидкости.

4.3 Касательное напряжение трения на стенках.

4.4. Перепад давления.

Выводы.

Глава 5. ПУЗЫРЬКОВОЕ ГАЗОЖИДКОСТНОЕ ТЕЧЕНИЕ В НАКЛОННОМ КАНАЛЕ.

5.1 Распределение локального газосодержания.

5.2 Зависимость трения на стенке от ориентации канала.

5.3 Пульсационные характеристики течения.

Выводы.

Глава 6. КРУПНОМАСШТАБНЫЕ ПУЗЫРЬКОВЫЕ СТРУКТУРЫ В

ГОРИЗОНТАЛЬНОМ И СЛАБОНАКЛОННОМ ТЕЧЕНИИ В КАНАЛЕ.

6.1 Визуальное наблюдение.

6.2. Влияние пузырьковых кластеров на касательное напряжение трения на стенке.

Выводы.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертация по физике, на тему "Структура двухфазного пузырькового течения в горизонтальном и слабонаклонном канале"

Актуальность работы.

Двухфазные газожидкостные потоки встречаются в различных отраслях: теплоэнергетике, ядерной энергетике, химической, микробиологической промышленности и др. Газожидкостные течения реализуются при совместной транспортировке нефти и газа, используются в барботажных реакторах и других промышленных устройствах. Многообразие режимов потоков существенно усложняет теоретическое предсказание гидродинамики таких течений, требуя использования многочисленных гипотез, предположений и приближений. Нередко сложность структуры течения делает невозможным чисто теоретическое описание его поведения и требует использования эмпирических данных. Поэтому экспериментальное изучение газожидкостных потоков остается актуальным.

В литературе широко и подробно описаны экспериментальные исследования газожидкостных течений в вертикальных трубах и каналах. Гидродинамика течений в горизонтальных и наклонных трубах и каналах практически не изучена, тогда как именно в этих условиях наличие даже небольшого содержания газовой фазы в потоке может привести к существенным изменениям гидродинамических характеристик течения и проявлению новых эффектов. Следует отметить, что именно наклонные и горизонтальные газожидкостные течения реализуется при совместной транспортировке нефти и газа, а также при производстве тонкой фольги в электролизерах.

Большой интерес, как с научной, так и с инженерной стороны, представляет влияние газовой фазы на средние характеристики потока, такие как касательное напряжение трения на стенках, его пульсации, профили скорости жидкости и другие гидродинамические показатели течения. Немаловажным являются и мгновенные значения этих величин и их зависимость от распределения газовой фазы по сечению канала.

В пузырьковом потоке в наклонном канале исследовано влияние ориентации канала на средние и пульсационные характеристики течения. Показана существенная зависимость локальных характеристик течения от угла наклона канала.

Замечено, что при умеренных расходных скоростях фаз, происходит концентрация пузырей с образованием крупномасштабных пузырьковых структур вдоль потока. Впервые изучено влияние этих пузырьковых структур на гидродинамические характеристики течения.

Достоверность полученных экспериментальных данных основана на отлаженной методике измерения локальных гидродинамических характеристик газожидкостных потоков, применяемой в Институте теплофизики СО РАН. Подтверждена их повторяемостью, анализом погрешности измерений, совпадением интегральных характеристик течения с расходными величинами.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования зависимости измеренных значений локального газосодержания, скорости жидкости и пульсаций скорости жидкости от порога дискриминации газовой фазы.

3. Результаты экспериментального исследования средних и пульсационных характеристик (средние и пульсационные значения трения на стенках канала, профили локального газосодержания, скорости жидкости и пульсаций скорости жидкости, перепад давления на длине рабочего участка) пузырькового течения в горизонтальном канале.

4. Результаты экспериментального исследования условных характеристик касательного напряжения на стенке в режимах с образованием крупномасштабных пузырьковых структур. 6

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на -XL международной научной студенческой конференции (Новосибирск, 2002 г.), на VII и IX Всероссийских конференциях молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (Новосибирск, 2002 и 2006г.), на 3-ей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002г.), на региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Техника. Инновации» (Новосибирск, 2002г.), на 3-ей Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии» (Новосибирск, 2003г.), на 3-ем Международном симпозиуме по моделированию и экспериментальному изучению двухфазных течений (Пиза, 2004г.), на V Минском Международном форуме по тепломассообмену (Минск, 2004г.), на 5-ой Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2006г.).

Публикации По материалам диссертационной работы опубликовано 13 работ.

Личное участие автора Данная работа выполнена в 2001-2007 годах в Лаборатории физико-химической гидромеханики Института Теплофизики СО РАН. Участие автора заключается в обсуждении постановки задачи, реконструкции экспериментальной установки, отработке методики измерения, проведении экспериментов, написании программного обеспечения для обработки сигналов, анализе полученных результатов, подготовке публикаций по результатам исследований. Данный цикл работ проводился под руководством и при непосредственном участии д.ф.-м.н. О.Н.Кашинского.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Диссертация изложена на 150 страницах, включает библиографический список из 110 наименований, иллюстрирована 69 рисунками и 4 таблицами.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

выводы

1. Проведено усовершенствование методики измерения локального газосодержания и скорости жидкости с использованием электродиффузионного метода. Впервые изучено влияние порога дискриминации сигнала на измеренные средние и пульсационные величины.

3. Показано, что малые изменения оринтации канала вблизи горизонтального положения оказывают существенное влияние на локальные гидродинамические характеристики течения.

4. Показано, что в горизонтальном канале происходит существенная деформация профилей скорсти жидкости при всех расходных газосодержаниях. Профили средней скорости жидкости существенно менее заполнены по сравнению с однофазными.

5. Показано, что среднее трение на верхней стенке канала (в области двухфазного течения) значительно выше, чем на нижней стенке, как в горизонтальном, так и в наклонном канале.

6. Зафиксировано самопроизвольное возникновение крупномасштабных пузырьковых структур в горизонтальном и наклонном канале. Впервые проведен анализ условных характеристик течения в волновых режимах. Показано, что в моменты прохождения пузырьковых кластеров происходит значительное возрастание среднего и пульсационного трения на стенке.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Каипова, Елена Владимировна, Новосибирск

1. Уоллис Г., Одномерные двухфазные течения, М.: «Мир», 1972,440с.

2. Хьюитт Дж., Хилл-Тэйлор Н., Кольцевые двухфазные течения, М., «Энергия», 1974, 408 с.

3. Балдина О.М., Локшин В.А., Петерсон Д.Ф. и др. Гидравлический расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. М.: Энергия, 1978. 256 с.

4. Levy S. Prediction of two-phase flow pressure drop and density distribution from mixing length theory.// Trans. ASME. 1963 - Vol.85, №2, pp. 137150.

5. Bankoff S.G. A variable density single-fluid model for two-phase flow with particular reference to steam-water flow.// Trans. ASME.ser "C"- 1960 -Vol.82, №4, pp.265-272.

6. Herringe R.A., Davis M.R. Structural development of gas-liquid mixture flows .//J. Fluid Mechanics. 1976 - Vol.73, Pt.l. pp.97-123.

7. Хапнель Дж. Бренер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. М.: Мир, 1976. 631 с.

8. Lokhart R.W., Martinelly R.C. Proposed correlation of data for isothermal two-phase, two-components flow in pipes.// J. Chem. Eng. Progr. 1949 -Vol. 45, № 1, pp. 39-48.

9. Исследование турбулентных течений двухфазных сред, под ред. Кутателадзе С.С., Новосибирск, 1973, 315.

10. Ю.Зубер Н., Финдлей Дж., Средняя концентрация фаз в системах с двухфазным потоком.// Теплопередача. 1965 -т.87, №4, с.29-47.

11. П.Арманд А.А., Исследование процесса движения и сопротивления при движении двухфазной смеси по горизонтальным трубам.// Изв. ВТИ. -1946-№1, с. 16-23.

12. Goda Н., Hibiki Т., Ют S., Ishii М., Uhle J., Drift- flux model for downward two-phase flow// Int. J. Of Heat and Mass Transfer 2003 -Vol.46, pp.4835-4844.

13. Shen X., Mishima К., Nakamura H. Two-phase distribution effect in drift-flux parameters in a vertical large diameter pipe.// Proceeding of 3 rd Int. Symposium on Two-Phase Flow Modelling and Experimentation. Pisa. 2224 September 2004. On CD Rom.

14. Hibiki Т., Ishii M., Distribution parameter and drift velocity of drift-flux model in bubbly flow.// Int. J. Heat Mass Transter. -2002- Vol.45, pp.707721.

15. Hibiki Т., Ishii M., One-dimensional drift-flux model and constitutive equations for relative motion between phase in various two-phase flow regimes.// Int. J. Heat Mass Transter- 2003 Vol.46, pp. 4935-4948.

16. Clark N.N., Flemmer R.L.C., Two-phase pressure loss in terms of mixing length theory.// Ind. Eng. Chem. Fundam. 1985 - Vol. 24, pp.412-423.

17. Lahey R.T., The analysis of phase separation and phase distribution phenomena using two-fluid models.// Nuclear Engineering and Design. -1990-Vol.122, pp. 17-40.

18. Канцырев Б.Л., Ашбаев A.A., Двухжидкостная гидродинамическая модель пузырькового потока//Теплофизика высоких температур 2002 -т.40, №1, с. 100-108.

19. Sato Y., Sekoguchi К., Liquid velocity distribution in two-phase bubbly flow// Internal J. Multiphase Flow, 1975, v. 2, № 1, 79-95.

20. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя, M., Наука, 1969, 744 с.

21. Van Driest E.R., On turbulent flow near a wall// J. Aeronaut. Sci., 1956, 1007-1011.

22. Sato Y., Sadatomi M., Sekoguchi K., Momentum and heat transfer in two-phase bubbly flow//Int. J. Multiphase Flow, 1981, v. 7, № 1, 167-177.

23. Kashinsky O.N., Chinak A.V.// Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, 1997, ed. M. Giot, F. Mayinger, G.P. Celata, Editioni ETS, Pisa, 1997, v.2, 1003-1007.

24. Артемьев B.K., Корниенко Ю.Н., Корниенко E.B., Руденская Е.О., Численное моделирование влияния немонотонного профилягазосодержания на поведение скорости и вязких напряжений двухфазного потока. Препринт ФЭИ 2920. Обнинск, 2001. -16с.

25. Kornienko Yu.N., Development of lyon-type closure relationships for non-homogeneous flows in concentric annular channels.// J. of Eng. Thermophysics, -2003 Vol. 12, № 2, pp. 143-155.

26. Beyerlein S.W., Cossmann R.K., Richter H.J., Prediction of bubble concentration profiles in vertical turbulent two-phase flow.// Int. J. Multiphase Flow, 1985, Vol.11, № 5, 629-641.

27. Wallis G.B., The terminal speed of single drops or bubbles in infinite medium.// Int. J. Multiphase Flow, 1974, Vol.1,491-511.

28. Zun I., Transition from wall void peaking to core void peaking in turbulent bubble flow.// Int. Serminar on Transient Phenomena in Two-Phase Flows, Dubrovnik, Yugoslavia, 1987.

29. Vitankar V.S., Dhotre M.T., Joshi J. В., A low Reynolds number k-s model for the prediction of flow pattern and pressure drop in bubble column reactors// Chemical Engineering Science, 2002, № 57, 3235-3250.

30. Алипченков B.M., Зайчик Л.И., Моделирование движения частиц произвольной плотности в турбулентном потоке на основе кинетического уравнения для функции плотности вероятности// Механика жидкости и газа 2000 - №6, с. 106-124.

31. Celik I., Wang Y.-Z., Numerical simulation of circulation in gas-liquid column reactors:isothermal, bubbly, laminar flow// Int. J. Multiphase Flow, -1994 Vol.20, №6, pp.1053-1070.

32. Tanaka M., Inoue S., Hagiwara Y., Interaction between small rising bubbles and vortical structures in homogeneous isotropic turbulence// 6-th International Conference on Multiphase Flow, ICMF 2007, Leipzig, Germany, July 9-13, 2007.

33. Martin Cook, Masud Behnia Pressure drop calculation and modeling of inclined intermittent gas-liquid flow/ Chemical Engineering Science, 2000. №55. 4699-4708.

34. Taitel Y., Barnea D.A., A consistent approach for calculating pressure drop in inclined slug flow// Chemical Engineering Science, 1990, №45, 11991206.

35. Кутателадзе C.C., Стырикович M.A. Гидродинамика газожидкостных систем. М., Энергия, 1976, 296 с.

36. Кутателадзе С.С., Накоряков В.Е., Тепломассообмен и волны в газожидкостных системах, Новосибирск, Наука 1984 - 301с.

37. Neal L.G., Bankoff S.G. A high resolution resistivity probe for determination of local void properties in gas-liquid flow. AIChE J., 1963. v. 9, №4,490-494.

38. Субботин В.И., Ибрагимов M.X., Бобков В.П., Тычинский Н.А.

39. Структура турбулентного пароводяного потока в каналах. Докл. АН СССР, 1971, т.197, № 1, 52-55.

40. Ибрагимов М.Х., Бобков В.П., Тычинский Н.А. Исследование поведения газовой фазы в турбулентном потоке смеси воды и газа в каналах. Теплофизика высоких температур, 1973, т.11, №5,1051-1061.

41. DeIhaye J.M. Anemometrie a fil chaud dans les ccoulements diphasiques. C. R. Acad. Sc.,1968, t. 266, № 6, 370-373.

42. Delhaye J.M., Semeria R., Flamand J.C. Void fraction, vapor and liquid temperatures local measurements in two-phase flow using a microthermocouple. J. Heat Transfer, 1973, v. 95, № 3, 365-370.

43. Herringe R.A., Davis M.R. Flow structure and distribution effects in gas-liquid mixture flows. Int. J. Multiphase Flow, 1978, v. 4,461-486

44. Inoue A., Aoki S., Koga Т., Yaegasi H. Void fraction, bubble and liquid velocity profiles of two-phase bubble flow in a vertical pipe. Trans. JSME, 1976, v. 42, №360, 2521-2529.

45. Serizawa A., Kataoka I. and Michiyoshi I., Turbulent structure of air-water bubbly flow//lnt. J. Multiphase Flow. 1975. №2. 235-246.

46. Theofanous T.G., Sullivan J. Turbulence in two-phase dispersed flow. J. Fluid Mech., 1982, v. 116, 343-362.

47. Ганчев Б.Г., Пересадько В.Г. Процессы гидродинамики, и теплообмена в опускных пузырьковых потоках. ИФЖ, 1985, т.49, №2, 181-189.

48. Ганчев Б.Г., Низовцев В.А., Пересадько В.Г. Опускные пузырьковые потоки с малой скоростью движения фаз. Пристенные струйные потоки, Новосибирск, 1984, 101-106.

49. Бесфамильный П.В., Леонтьев А.И., Цыпулев Ю.В. Исследование пульсаци-онных характеристик расслоенного газожидкостного потока. Теплофизика высоких температур, 1985, т. 23, N 6,1120-1124.

50. Kvernvold О., Vindy V., Sontvedt Т., Saasen A., Selmer-Olsen S. Velocity distribution in horizontal slug flow. Internal. J. Multiphase Flow, 1984, v. 10, No 4., 441-457.

51. Похвалов Ю.Е., Андрианова O.B., Тимченко A.C. Структура водовоздушного снарядного течения. Вопросы теплофизики в ядерно-энергетических установках. Сб. научн. трудов МИФИ, М., 1986, с. 115120.

52. Похвал ов Ю.Е., Субботин В.И. Статистические параметры снарядного двухфазного течения. Теплоэнергетика 1988, N 2, 28-33.

53. Nakoryakov V. Е., Kashinsky O.N., Burdukov А.Р. and Odnoral V.P.1.cal characteristics of upward gas-liquid flow// Int. J. Multiphase Flow. 1981. №7. 63-81.

54. Накоряков B.E., Бурдуков А.П., Кашинский O.H., Гешев П.И.;

55. Электродиффузионный метод исследования локальных характеристик турбулентных течений/ Институт теплофизики. Новосибирск. 1986. 247с.

56. Kashinsky O.N., Randin V.V. Downward bubbly gas-liquid flow in a vertical pipe/ Int. J. Multiphase Flow. 1999. №.25. 109-138.

57. Souhar M., Cognet G. Wall shear stress measurements by electrochemical probes in in two-phase flow bubble and slug regimes. Measuring

58. Techniques in Gas-Liquid Two-Phase Flows, ed. Delhaye J.M. and Cognet G., Springer-Verlag, 1984, 723-744.

59. Богдевич В.Г., Малюга А.Г. Распределение поверхностного трения в турбулентном пограничном слое в воде за местом вдува газа. Исследования по управлению пограничным слоем, Новосибирск, Институт теплофизики, 1976, 62-70.

60. Madavan N.K., Deutsch S., Merkle C.L. Measurements of local skin friction in a microbubble-modified turbulent boundary layer. J. Fluid Mech., 1985, v. 156,237-256.

61. Moursali E.M., Marie J.L., Bataille J., An upward turbulent bubbly boundary layer along a flat plate// Int. J. Multiphase Flow, 1995, vol.21, №1, 107-117

62. J. L. Marie, E. Moursali, S.Tran-Cong, Similarity law and turbulence intensity profiles in a bubbly boundary layer at low void fractions.// Int. J. Multiphase Flow, Vol. 23, № 2, 227-247,1997.

63. SanauIlah K., Thomas N. H., Velocity and voidage profiles for steeply inclined bubbly flows in segregated disperse regime.// Experimental and Computational Aspects of Validation of Multiphase Flow CFD Codes, -1994 - FED-Vol. 180, P. 119-127.

64. Barnea D., Shoham O., Taitel Y. and Dukler A. E. Gas-liquid flows in inclined tubes: Flow pattern transition for upward flow// Chem. Eng. Sci., 1985. №40. 735-740.

65. Кашинский O.H., Чинак A.B., Смирнов Б.Н., Успенский М.С. Массообмен при движении газожидкостного потока в наклонном плоском канале. ИФЖ, 1993, т.64, №5, 523-528.

66. G. Brenn, Н. Braeske, G. Zivkovic, F. Durst, Experimental and numerical investigation of liquid channel flows with dispersed gas and solid particles// International Journal of Multiphase Flow, 2003, №29,219-247.

67. Gabillet С., Colin С., Fabre J., Larrauri D., Briere E., Experimental study of bubble injection in a turbulent boundary layer// Proc. 3rd Int. Conf. Multiphase Flow. June 8-12, Lyon, France, 1998.

68. GabilIet C., Colin C., Fabre J.„ Experimental study of bubble injection in a turbulent boundary layer// International Journal of Multiphase Flow, 2002, №28, 553-578.

69. Magaud F., Souhar M., Wild G., Boisson N., Experimental study of bubble column hydrodynamics// Chemical Engineering Science, 2001, №56, 4597-4607.

70. Sun X., Kim S., Smith T.R., Ishii M., Local liquid velocity measurements in air-water bubbly flow// Experiments in Fluids, 2002, №33, 653-662.

71. Mudde R. F., Groen J.S., Van Den Akker H.E., Liquid velocity field in a bubble column: LDA experiments// Chemical Engineering Science 1997 -Vol.52, Nos. 21/22, pp. 4217-4224.

72. Mudde R. F., Saito Т., Hydrodynamical similarities between bubble column and bubbly pipe flow// J. Fluid Mech. 2001 - Vol. 437, pp. 203228.

73. Zenit R., Koch D.L., Sangani A.S., Measurement of average properties of a suspension of bubbles rising in a vertical channel// J. Fluid Mech. 2001 -Vol. 429, pp. 307-342.

74. Kaftori D., Hetsroni G., Banerjee S., The effect of particles on wall turbulence// Int. J. Multiphase Flow 1998- Vol. 24, № 3, pp. 359-386.

75. Mudde R.F., Lee D.J., Reese J., Fan L.»S., Role of coherent structures on Reynolds stresses in a 2-D bubble column// AIChE Journal, Vol.43, №4, pp. 913-926, 1997.

76. Cui Zhe, Fan L.S., Turbulence energy distributions in bubbling gas-liquid and gas-liquid- solid flow systems// Chemical Engineering Science, № 59, pp. 1755- 1766, 2004.

77. Davis M.R., Fungtamasan В., Large scale structures in gas-liquid mixture flows// Int. J. Multiphase Flow, Vol.10, № 6, pp. 663-676, 1984.

78. Fujasova M., Vejrazka J., Ruzicka M.C., Drahos J., Experimental study of bubble- wall collision// 6-th International Conference on Multiphase Flow, ICMF 2007, Leipzig, Germany, July 9-13,2007, on CD.

79. Andreussi P., Paglianti A., Silva F.S., Dispersed bubble flow in horizontal pipes// Chemical Engineering Science 1999 - № 54 - P. 1101-1107.

80. Monji H., Cheong K-H, Bouncing motion of a bubble measured by stereo image processing// 6-th International Conference on Multiphase Flow, ICMF 2007, Leipzig, Germany, July 9-13,2007, on CD.

81. Мальцев Л.И., Малюга А.Г., Новиков Б.Г., О возможных механизмах воздействия пузырьков газа на характеристики турбулентного пограничного слоя// Теплофизика и аэромеханика -2006 т. 13, №3, с.417-424.

82. Соколов В.Н., Доманский И.В. «газожидкостные реакторы», JL, «Машиностроение», 1976,216 с.

83. Воуег С., Duquenne А.-М., Wild G., Measuring techniques in gas-liquid and gas-liquid-solid reactors// Chemical Engineering Science 2002 - №57, pp. 3185-3215.

84. Heindel T.J., Gas flow regime changes in a bubble column filled with a fiber suspension.// Canadian Journal of Chemical Engineering 2000 -№78, pp. 1017-1022.

85. KhIer C.J., Summler В., Kompenhans J., Generation and control of tracer particles for optical flow investigations in air// Exp.In Fluids 2002 -Vol.33, pp.736-742.

86. Larachi F., Chaouki J., Kennedy G., Three dimensional mapping of solids flow in multiphase reactors with RPT// American Institute of Chemical Engineers Journal 1995 - Vol. 41, pp. 439-443.

87. Thurow В., Hileman J., Lempert W., Samimy M. A Technique for realtime visualization of flow structure in high-speed flows.// Physics of Fluids. 2002. V. 14. № 10. pp. 3449-3452.

88. Haase В., Hunken I. Experimental investigation of the motion of a freely suspended single sphere in Poisseuille tube flows.// Int. Conf. on Mechanics of Two-Phase Flows. June 12-15, 1989. National Taiwan University. Taipei. Taiwan. Roc.

89. Костерин С.И., Поляков B.B., Семенов Н.И., Точингин А.А.,

90. Гидравлические сопротивления пароводяных течений в необогреваемых трубах// ИФЖ: 1962 - т.5, №7, с. 3-10.

91. Garacia-Ochoa J., Khalfet R., Poncin S., Wild G., Hydrodynamics and mass transfer in a suspensed solid bubble column with polydispersed high density particles// Chem. Eng. Science 1997 - Vol.52, pp. 3827-3834.

92. Семенов Н.И., Точигин А.А., Истинное паросодержание пароводяных течений в необогреваемых трубах// ВА: 1961 - т.4, №7, с. 30-34.

93. Jones О.С., Delhaye J.M., Transient and statistical measurement techniques for two-phase flows.// Int. J. Multiphase Flow. 1976. V. 3. p. 89.

94. Murzyn F., Mouaze D., Chaplin J.R., Optical fibre probe measurements of bubbly flow in hydraulic jumps// Int. J. of Multiphase Flow -2005 -Vol.31/1, pp. 141-154.

95. Shen G., Finch J.A., Bubble swarm velocity in a column// Chem. Eng. Science 1996 - №51, pp.3665-3674.

96. A1-Safran E., Sarica C., Zhang H.-Q., Brill J., Investigation of slug flow characteristics in the valley of a hilly terrain pipeline// Int. J. of Multiphase Flow -2005 -Vol.31/3, pp. 337-357.

97. Rensen J., Luther S., Joris de Vries, Lohse D., Hot-film anemometry in bubbly flow I: bubble probe interaction// Int. J. of Multiphase Flow -2005 -Vol.31/3, pp. 285-301.

98. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичус Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. Москва. Наука. 1982. 304 с.

99. Vial С., Lain R., Poncin S., Midoux N., Wild G., Influence of gas distribution and regime transitions on liquid velocity and turbulence in a 3-D bubble column.// Chem. Eng. Sci. 2001. V.56. pp.1085-1093.

100. Hassan Y.A. Drag reduction by microbubble injection.// Proceeding of 3rd Int. Symposium on Two-Phase Flow Modelling and Experimentation. Pisa. 22-24 September 2004. On CD Rom.

101. Hassan Y.A., Ortiz-Villafuerte J., Schmidl W.D., Three-dimensional measurements of single bubble dynamics in a small diameter pipe using stereoscopic particle image velocimetry.// Int. J. Multiphase Flow. 2001. V. 27. pp. 817-842.

102. Van Hout R., Gulitski A., Barnea d., Shemer L. Experimental investigation of the velocity field induced by a Taylor bubble rising in stagnant water.// Int. J. Multiphase Flow. 2002. V. 28. pp. 579-596.

103. Hanratty T.J., Campbell J.A., Measurement of wall shear stress// Chapter 11, pp.559-615.

104. Drosos E.I.P., Paras S.V., Karabelas, A.J. Counter-current gas-liquid flow in a vertical narrow channel-Liquid film characteristics and flooding phenomena// Int. J. of Multiphase Flow -2006 -Vol.32/1, pp. 51-81.

105. Накоряков B.E., Кашинский O.H. Турбулентная структура двухфазных газожидкостных потоков.// ТиА. 1997. Т.4, №2. с. 115-127.

106. Matsuda H., Yamada J., Limiting diffusion currents • in hydrodynamic voltammetry.// J. Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry -1971- Vol. 30, p.261-270.

107. Брэдшоу П., Введение в турбулентность и ее измерение, М., Мир, 1974, 278 с.

108. Устройство для измерения скорости жидкости в двухфазном потоке// Кашинский О.Н., Малков В.А. А.с. 699463 (СССР), опубл. 25.11.79, БИ№ 43.

109. Субботин В.И., Похвалов Ю.Е., Михайлов JI.E., Кроннн И.В., Леонов В.А.// Теплоэнергетика. 1975. № 4, С. 70-75.

110. Кашинский О.Н., Каипова Е.В., Курдюмов А.С. Применение электрохимического метода для измерения скорости жидкости в двухфазном пузырьковом течении\\ИФЖ, 2003, том 76, № 6,19-23.

111. Timkin L.S., Riviere N., Cartellier A., Kashinsky O.N., Performance of electrochemical probes for local void fraction measurement in air-water flows // Review of scientific instruments 2003 - Vol. 74, №8, pp.3784-3786.

112. Nakoryakov V.E., Kashinsky O.N., Randin V.V., Timkin L.S., Gas-liquid bubbly flow in vertical pipes. // J. of Fluid Engineering 1996 -Vol. 118, pp. 377-382.