伪均质固液两相流水击的数值模拟

　　在《伪均质固液两相流水击的数值模拟工一理论》〔D(以下简称论文工)中建立了伪均质固液两相流水击的数学模型。该模型是否反映了固液两相流水击的特点、能否用于工程计算,还需要经过实测资料的验证。根据我们所掌握的资料,此前国内外没有人研究过固液两相流水击的数值模拟,工程计算中一般都采用修正单相流水击数学模型的方法。这种方法可能会引起较大的误差,但是未见到这方面的有关论述。

　　单相流水击数学模型中有两个与流体的密度、粘度、弹性模量等特性有关的重要参数,一个是水击波速α0,另一个是阻力系数f0。在实际计算a0与无时,既可能选用固液两相流的参数,也可能选用清水的参数,相应地就存在两种计算模型.本文将计算a0和f0时代人固液两相流ρm和μm的方法称为单相流修正模型,将代人清水p0和μ0的方法称为单相流修正模型,将论文1中建立的伪均质固液两相流水击模型称作两相流模型。

　　在本文中,将利用固液两相流水击实验的实测结果,对计算伪均质固液两相流水击的两相流模型和两种单相流修正模型进行验证。

　　1固液两相流水击实验

　　固液两相流水击实验是在清华大学水利系泥沙实验室中内径148mm、长度13Om的管线上进行的。该管线由离心式砂泵供浆。砂泵由直流电机驱动,利用可控硅装置实现无级调速来控制流速。实验管道上距砂泵117.83m处装有弹簧驱动的平板快速阀门,其上游沿管线装有6个压力传感器。该传感器自振频率为1.6kHz,响应时间小于0.4nis,精度为0.3%。快速阀门及压力传感器布置如图1所示。

　　传感器采集的压力波信号经调制放大后,采用数字记录仪录人磁带,记录时用示波器监测。数字记录仪记录的信号用光线示波器在显像纸上显像成波形图。量测系统见图2。

　　实验过程是二首先启动砂泵,调节泵的转速控制流量,待管道水流稳定后,测定初始流速;然后迅速关闭快速阀门,使管道中发生水击,量测系统进行同步测量;最后在显像纸上得到1#至6#断面的压强随时间变化图,实测的典型压强变化见图3.

　　实验中进行了六组不同体积浓度的铁精矿浆水击实验,获得了体积浓度Cv为5.5%一18.4%、初始流速υ0为1.34一1.50m/s的六组固液两相流水击压力波形图。另外,实验中还根据各断面的水击压强随时间的变化,计算出了不同Cv下的压力波波速,实测的波速见表2。

　　2伪均质固液两相流水击计算模型的验证

　　2.1计算模型中波速公式的验证

　　在水击的数值模拟中,波速是最重要的参数之一。两相流模型的波速公式中,K1为固体颗粒的体积压缩弹性模量,它很难量测,且对两相流波速影响较小,可参考表1选用。