To understand fluid dynamic forces acting on a structure subjected to two-phase flow, it is essential to get detailed information about the characteristics of two-phase flow. Stratified steady and unsteady two-phase flows between two parallel plates have been studied to investigate the general characteristics of the flow related to flow-induced vibration. Based on the spectral collocation method, a numerical approach has been developed for the unsteady two-phase flow. The method is validated by comparing numerical result to analytical one given for a simple harmonic two-phase flow. The flow parameters for the steady two-phase flow, such as void fraction and two-phase frictional multiplier, are evaluated. The dynamic characteristics of the unsteady two-phase flow, including the void fraction effect on the complex unsteady pressure, are illustrated.
Taehwan Ahn;Dongwon Jeong;Jin-Yeong Bak;Jae Jun Jeong;Byongjo Yun
Nuclear Engineering and Technology
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제56권8호
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pp.3139-3143
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2024
Stratified flow in horizontal tubes is frequently observed in gas-liquid two-phase flow system. In the two-fluid modeling, it is important to define the interface shape in solving the balance equations to determine the key parameters such as the interfacial transfer terms, void fraction, and pressure drop. A double-circle model is usually introduced to depict the concave-down interface in a horizontal circular tube under the stratified-wavy flow condition. However, calculation of the central angle in the double-circle model, which represents the interfacial curvature, requires an appropriate iterative numerical root-finding scheme to solve the implicit transcendental equation. In this study, an explicit approximate equation has been proposed without requirement of the iterative scheme and numerical instability, which is expected to improve the coding process and computation efficiency in the analysis code with the two-fluid model.
Two-phase flow pattern data during horizontal in-tube flow boiling are presented for pure and mixed refrigerants of R134a and Rl23, The flow pattern is observed through tubular sight glasses located at inlet and outlet of the test section, which is made of a stainless steel tube, 2m long with 10mm I.D., 1.5mm wall thickness. The obtained results are compared with the available various correlations for flow pattern. The flow pattern map of Hashizume was in good agreement with the present data except the region of low mass velocity. Weisman flow pattern map was also known to satisfactorily predict data for refrigerants in the region of annular flow. In this study, the flow pattern are simply classified into two groups; stratified(including intermittent, stratified and stratified-wavy) flow and annular flow. The transition quality from stratified to annular flow was obtained by modifying the liquid Froude number.
This paper presents a theoretical approach of the instability criterion from stratified to nonstratified flow in horizontal pipe at cocurrent flow conditions. The new theoretical instability criterion for the stratified and nonstratified flow transition in horizontal pipe has been developed by hyperbolic equations in two-phase flow, Critical flow condition criterion and onset of slugging at cocurrent flow condition correspond to zero and imaginary characteristics which occur when the hyperbolicity of a stratified two-phase flow is broken, respectively. Through comparison between results predicted by the present theory and the Kukita et al.[1] experimental data of pipes, it is shown that they are in good agreement with data.
The paper concentrates on an experimental study of the pressure drop in double-layered packed beds formed by glass spheres, having the configuration of horizontal and vertical stratification. Both single-phase and two-phase flow tests are performed. The pressure drop during the test is recorded and the measured data are compared with those of homogeneous beds consisting of mono-size particles. The results show that for the horizontally stratified bed with fine particles atop coarse particles, the pressure drop in top layer is found higher than those of homogenous bed consisting of the same smaller size particles, while the measured pressure drop of bottom part is similar with those of similar homogenous bed. But for the homologous bed with upside-down structure, the stratification has little or no effect on the pressure drop of the horizontally stratified bed, and the pressure drop of each layer is almost same as that of homogeneous bed packed with corresponding spheres. Additionally, in vertically stratified bed, the pressure drops on the left and right side is almost equal and between those in homogeneous beds. It is speculated that vertically stratified structure may lead to lateral flow which redistributes the flow rate in different parts of packed bed.
To predict the average liquid level under the condition of the countercurrent stratified two-phase flow in a pipe, an analytical model has been suggested. This is made by introducing the interfacial level gradient into the liquid-phase and the gas-phase momentum equations. The analytical method for the gas-phase pressure drop calculation with f$_i$$\neq$ f$_G$ has also been described using the liquid level prediction model developed in the present study.
The main objective of this study is to investigate experimentally the two-phase flow characteristics in terms of the direct contact condensation of a steam-water stratified flow in a horizontal rectangular channel. Experiments were performed for both air-water and steam-water flows with a cocurrent flow configuration. This work presents the local temperature and velocity distributions in a water layer as well as the interfacial characteristics of both condensing and noncondensing fluid flows. The gas superficial velocity varied from 1.2 m/s to 2.0 m/s for air and from 1.2 m/s to 2.8 m/s for steam under a fixed inlet water superficial velocity of 0.025 m/s. Some advanced measurement methods have been applied to measure the local characteristics of the water layer thickness, temperature, and velocity fields in a horizontal stratified flow. The instantaneous velocity and temperature fields inside the water layer were measured using laser-induced fluorescence and particle image velocimetry, respectively. In addition, the water layer thickness was measured through an ultrasonic method.
가스상의 체적분율과 압력강하는 기액이상류에 대한 이해와 예측에 있어서 매우 중요한 인자이다. 또한 그것들은 산업용 대용량의 열교환시스템 및 선박에 설치되는 보일러 및 냉동시스템의 설계에 있어서 필수적인 항목이다. 따라서 본 논문에서는 파이프의 모든 경사각도에서 기액이상류 가스상의 체적분율과 압력손실을 예측할 수 있는 이론적 해석 방법을 제시한다. 여기서의 이론적 해석은 2유체 층상류 모델을 기초로 하고 있다. 또한 이론적 해석결과와 기존의 실험결과와 비교한 결과에 대해서도 제시한다.
An experimental investigation on the flow pattern and pressure drop was carried out for both an adiabatic and a diabatic two-phase flow in a horizontal tube with pure refrigerants R134a and R123 and their mixtures as test fluids. The observed flow patterns were compared to the flow pattern map of Kattan et al., which predicted well the present data over the entire regions of mass velocity in this study. The measured frictional pressure drop in the adiabatic experiments increased with an increase in vapor quality and mass velocity These data were compared to various correlations proposed in the past for the frictional pressure drop. The Chisholm correlation underpredicted the present data both for pure fluids and their mixtures in the entire mass velocity range of 150 to 600 kg/m$^2$s covered in the measurements, white the Friedel correlation was found to overpredict the present data in the stratified and stratified-wavy flow region, and to underpredict in the annular flow region.
원자력발전소의 다차원 이상 유동 현상을 적절히 모사하기 위해 일차원 계통해석 코드에 삼차원 유동모델을 적용하였다. 그 중 다차원모델에 새롭게 적용된 이상 난류모델을 검증하기 위해 사각 slab 내부의 단상유동을 계산하여 상용 CFD 코드의 계산결과와 비교하였다. 그 결과 단상유동의 경우 난류 모델의 계산이 적절히 수행됨을 알 수 있었다. 또한 다차원 이상 유동 계산을 검증하기 위해서 RPI에서 수행된 물-공기 다차원 실험의 기포율 분포를 비교하였다. 그 결과 다차원 모델의 이상 유동 계산을 위해서는 일차원 기반의 유동양상 맵 중 수평 분리 유동양상이 제거되어야 함을 알 수 있었다. 이와 같이 유동양상 맵을 수정하여 모사한 계산결과가 실험에서 측정된 기포율의 경향을 잘 따르는 것으로 계산되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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