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Keywords:

  • flow pattern;
  • two-phase flow;
  • vertical return bend;
  • curved channel

Abstract

This study provides a qualitatively visual observation of the two-phase flow patterns for the air-water mixtures inside a 3.0 mm and two 6.9 mm smooth tubes with the presence of vertical return bends. The curvature ratios (2R/D) for the 6.9 mm tubes are 3 and 7, whereas 2R/D = 3 for the 3 mm tube. The total mass flux is from 50 to 800 kg/m2·s. Some special phenomena such as flow reversal and freezing slug are observed for the current vertical return bend with D = 6.9 mm relative to previously reported results of horizontal configurations. However, the flow reversal and freezing slug phenomena are hardly seen in a smaller diameter tube (D = 3 mm) due to the influence of the flow inertia and surface tension. Quantitative descriptions of the flow regime of flow reversal and the predicted equation of the retreat length are proposed. For D = 6.9 mm, the air slug across the return bend displays a separated and remerged phenomenon, but it is nearly gone for D = 3 mm. Unlike that of D = 6.9 mm, for the same mass flux and vapour quality with D = 3.0 mm, there is no great difference of the two-phase flow patterns between the flow entering in the upper tube or the flow entering from the lower tube.

Cette étude fournit une observation visuelle qualitative des profils d'écoulements diphasiques pour des mélanges air-eau dans un tube lisse de 3,0 mm et deux tubes lisses de 6,9 mm, en présence de coudes de renvoi verticaux. Les taux de courbure (2R/D) pour les tubes de 6,9 mm sont de 3 et 7 tandis que 2R/D = 3 pour le tube de 3 mm. Le flux de matière total est de 50 à 800 kg/m2·s. Certains phénomènes spéciaux tels que l'inversion d'écoulement et le bouchon réfrigérant sont observés pour le coude de renvoi vertical du courant avec D = 6,9 mm, comme dans le cas des résultats publiés antérieurement pour des configurations horizontales. Cependant, les phénomènes d'inversion d'écoulement et de bouchon réfrigérant sont à peine présents dans un tube de diamètre plus petit (D = 3 mm) du fait de l'influence de l'inertie de l'écoulement et de la tension de surface. Des descriptions quantitatives du régime d'écoulement du renvoi d'écoulement et l'équation prédisant la longueur de retrait sont proposées. Pour D = 6,9 mm, le bouchon d'air dans le coude de renvoi montre un phénomène séparé et refusionné, mais il disparaît quasiment pour D = 3 mm. Contrairement au cas de D = 6,9 mm, pour le même flux massique et la même qualité de vapeur avec D = 3,0 mm, il n'y a pas de grande différence pour les profils d'écoulement diphasiques entre l'écoulement entrant dans le tube supérieur ou l'écoulement entrant par le tube inférieur.