中文摘要：

气液两相流流场中的钝体绕流的研究工作开展较晚，成果还不足以支撑相关领域的应用，本申请针对气液两相管流的钝体绕流开展研究，以压电传感器获得漩涡压力场的频谱信息为视点，研究气液涡街的稳定性条件，构建三维气液漩涡的计算流体动力学模型，充分利用完备的实验装置，通过实验和流体动力学模拟计算相互印证的方法，对气液管流钝体绕流的计算流体动力学方法进行探索，进而分析漩涡脱落机理，为在其它条件下的气液两相流钝体绕流流体动力学模拟计算和分析提供可借鉴的方法。研究的结果将为工质传热过程的研究、工业设备机械结构防振设计，气液两相流测量提供更深入的借鉴依据。

结论摘要：

气液两相流流场中的钝体绕流的研究工作是工质传热过程、工业设备机械结构防振设计、气液两相流测量中的重要借鉴对象，本项目针对气液两相管流的钝体绕流开展研究，通过实验和流体动力学模拟计算相互印证的方法，对气液管流钝体绕流的计算流体动力学方法进行探索，分析漩涡脱落机理。研究通过本学科的三相流实验装置上开展对称流场的垂直上升管流和不对称流场水平管流的大量实验（针对垂直上升管流的钝体绕流实验，完成了液为连续相和气为连续相的两大类实验，其中液为连续相完成了不同水流量下(6-10m3/h)不同体积含气率(0-24%)实流实验，气为连续相完成了不同气流量下（71-178 m3/h）不同体积含水率（0-2%）实流实验。针对水平管流，完成了不同水流量(2-10m3/h)不同体积含气率（0-30%）实流实验。）采集经过安装位置优化的压电传感器获得漩涡压力场的时域信息，离线运用时域、频域和时频分析的手段辨识流场中的特征信息，确定了钝体绕流在不同流型下的漩涡发生稳定条件（对称垂直上升管流液为连续相条件下涡街发生的稳定条件是气相体积含率小于15%，气为连续相条件下是液相体积含率小于0.6%；水平管液为连续相条件下涡街发生的稳定条件是气相体积含率小于15%），同时也能借用该类信号实现流型的辨识。为了更深入的分析漩涡稳定条件的机理和流型的影响的状况，补充由于电信号采集受限的影响，我们采用计算流体动力学的数值模拟方法针对实验条件下的管流情况进行仿真计算，比对纯水、纯气和空管两相流仿真与实流实验的误差，分析模型的可信度。在此基础上，选择合适的仿真条件对气液两相流进行CFD仿真，结合流型特征摸索出适用于不同流态下的CFD模型（垂直上升管液为连续相LES湍流模型+VOF两相流模型，气为连续相 湍流模型+ VOF两相流模型，水平管流 湍流模型+ VOF两相流模型），分析了漩涡耗散机理，及体积含气率变化对漩涡脱落以及脉动升力的影响，数值模拟与实流实验的脉动频率误差小于7%。分析证明气液两相流的漩涡耗散机理一方面与单相流类似，另外，由于两相流体运动的随机性比单相流强，某一相流量不变时，另一相体积含率的增加会使流体受扰动的程度加大，从而严重影响了漩涡稳定性。比对实验结果，数值仿真的结果范围宽，也印证了传感器的识别范围受限的结论。本项目建立了初步的气液两相流钝体绕流的基础模型，形成了相关领域初步的理论体系。