目前，对于水平及垂直直管中发生气液两相流脉动的机理、计算方法及防范措施已经进行了大量试验和理论研究工作。但是，对于受热的U型管在工质沸腾状况下的汽液两相流脉动问题研究较少，随着各种结构的U型管在工业设备中得到日益广泛的应用，研究不同布置方式U型管中气液两相流的脉动特性具有十分重要的实际工程意义。

试验系统

见图《试验系统简图》，这是一个封闭式试验回路，利用氟利昂- 113（R- 113）作为工质。试验段中电加热段长2053mm，U型管高度（定义为垂直布置时，U型段入口至U型段顶端的垂直高度）为1850 mm，试验管段选用内径16 mm，壁厚2 mm的不锈钢管，整个试验回路也是用不锈钢制成。加热系统由一个30 kW的感应调压器和一个大电流变压器构成，直接以管壁作为加热器以保证热负荷的均匀性。

研究的五种不同布置方式为：倒U型、倾斜45°、水平面布置、倾斜-45°、正U型。试验选用相同的压力范围、加热功率以及质量流量，试验范围如下：系统压力（选用试验段出口压力）P为0.2、0.3及0.4 MPa；加热功率Q为10.4，9.6，8.8，8.0，7.2，6.4 kW；质量流量W为1.0～30.0 kg/min。

试验结果及分析

在试验中，可以观测到：种典型的脉动工况，即压力降型脉动，密度波型脉动以及近蒸干点处密度波型脉动。在保持系统压力和加热量不变的条件下，当流量减小到一定值后，开始出现压力降型脉动，这种脉动出现在稳态特性曲线的负斜率区段，其周期受试验系统的气相容积及压缩性的影响，对于本实验回路，可以通过调节稳压罐中氮气的容积来改变其气相容积和压缩性。由于压力降型脉动比较常见，因此本文比较脉动界限主要讨论压力降型脉动，继续减小流量，可以观测到第二种脉动工况，即密度波型脉动，这种脉动周期较短，振幅较小。在较小的流量时，出现近蒸干点密度波型脉动，在这种工况下出现传热恶化，此时压力及流量脉动振幅最大，并可能出现流体的倒流，流体温度脉动也十分剧烈，壁温开始飞升。

分析测得的不同布置方式U型管的脉动界限，可以看出正U型管稳定性最好，倒U型管最差，但其差别不大。在试验中也发现倒U型管最容易出现壁温飞升，这些结果与对稳态特性曲线的分析是一致的。

试验结果表明，增大进口阻力，减小出口阻力，增大系统压力和减小热负荷均有利于提高试验系统的稳定性，这一结果及试验过程中多次得到了验证。

结论

通过试验研究并利用数值计算方法对五种布置方式的U型管的不稳定性进行了研究，并且模拟计算了实际工程应用的U型管布置方式。得出的结论如下：

（1）增大系统压力、减小加热量、增大进口阻力、减小出口阻力均有利于各种布置方式U型管的稳定性；

（2）在试验参数范围内，对于本试验系统，正U型管和倾斜-45°U型管较不容易发生压力降型脉动，其稳定性优于其它几种布置方式，倒U型管的稳定性最差；

（3）U型管段中由于密度差引起的重位压力降对系统特性曲线有较大影响，不同布置方式决定了重位压力降对系统稳态特性曲线多值性的影响程度，从而影响其稳定性；

（4）对于模拟计算的实际丁程应用的不同布置方式U型管，在计算的工况条件下，正U型管和倾斜45。U型管稳定性较好，倒U型管稳定性最差，基本上同低压时得出的规律一致。