Published May 1986 | Version v1
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Two-phase flow in a diverging nozzle

Description

Stationary two-phase flow experiments were performed with steam-water and air-water mixtures in a well-instrumented horizontal diverging nozzle. The test section consisted of a constant diameter tube, the friction-section, followed by an expansion, the diffusor, which has a tanh-contour and finally another constant diameter tube. The diameter ratio sigma=D1/D2 is 16/80. For the steam-water experiments the flow parameters were: 0<x<20%; 0<THETA<90%; 2<p<12 MPa; 9000<m<24000kg/sm2 and for air-water mixtures (0<x<7%; 0<THETA<90%; Papprox.=1 MPa; 4500<m<12000 Kg/sm2). The initial conditions were varied to achieve subcritical and critical mass flow rates. A new model for the pressure recovery in an abrupt expansion is presented. It is based on the superficial velocity concept and agrees well with the steam-water and the water-air experimental data as well as with the experiments of other authors. The experiments were also calculated with the two-phase code DUESE. The Drift-Flux models in this code as well as the constitutive correlations and their empirical constants could be tested. It is shown, that a 1D Drift-Flux code can handle the highly transient flow in the diffusor if the proper drift model is used. In a 1D simulation it is only necessary that the computational flow area is expanded to its full width within an axial length which is equivalent to the real contour. (orig./GL)

Availability note (English)

MF available from INIS under the Report Number.

Abstract (German)

In einer gutinstrumentierten horizontalen Diffusorteststrecke (konstantes Rohrstueck, dem Reibteil, mit sich anschliessender sehr steiler tanh-foermiger Oeffnung, dem Diffusor, und einem zweiten konstanten Querschnitt) mit einem Durchmesserverhaeltnis D1/D2=16/80 wurden mit Wasser-Dampf- (0<x<20%; 0<THETA<90%; 2<p<12 MPa; 9000<m<24000kg/sm2) und Wasser-Luft-Gemischen (0<x<7%; 0<THETA<90%; papprox.=1 MPa; 4500<m<12000 kg/sm2) eine Vielzahl von stationaeren Zweiphasenversuchen mit kritischen und unterkritischen Stroemungszustaenden durchgefuehrt. Es wird ein neues Modell, basierend auf dem Superficial Velocity Konzept, zum Druckrueckgewinn von Zweiphasenstroemungen in einer abrupten Querschnittserweiterung entwickelt, das die Wasser-Dampf-, die Wasser-Luft-Versuche und die Experimente weiterer Autoren mit anderen Teststreckenanordnungen gut beschreibt. Durch den Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit der numerischen Berechnung des Druckrueckgewinnes mit dem Zweiphasencode DUESE konnten das Basismodell, die konstitutiven Gleichungen und verschiedene empirische Parameter des auf dem Drift-Flux-Zweiphasenmodell beruhenden Rechenprogramms ueberprueft werden. Es zeigt sich, dass auch ein 1D-Drift-Flux-Code, bei geeigneter Wahl der Relativgeschwindigkeitsformel, in der Lage ist, die hochtransiente Stroemung im Diffusor zu berechnen und den Druckanstieg korrekt wiederzugeben, wobei bei 1D-Simulation entscheidend ist, dass der Querschnitt auf einer der realen Kontur entsprechenden axialen Laenge auf den Endwert des Diffusors freigegeben wird. (orig./GL)

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Additional details

Additional titles

Subtitle (English)
Comparison of a new formula for the pressure rise in an expansion and numerical calculation with two-phase codes with experimental data
Original title (German)
Zweiphasenstroemung im Diffusor
Original subtitle (German)
Vergleich einer neuen Druckrueckgewinnformel und numerischer Berechnung durch Zweiphasencodes mit experimentellen Ergebnissen.

Publishing Information

Imprint Pagination
188 p.
Report number
KFK--4064