Existence and properties of flow structure waves in two-phase bubbly flows

Structure waves occur in two-phase flows because one phase drifts with respect to the other, the drift flux being primarily a function of the flow structure. The wave properties provide information on the closure laws required in engineering models. Experiments made with an air-water bubbly mixture flowing in a vertical annular test section are reported. Void fluctuations involving structure disturbances were detected by capacitance measurements, the effect of individual bubbles being always negligible. Only low frequency disturbances were present, high frequency disturbances being strongly damped. Within the low frequency range, the wave velocity is independent of the frequency, and the damping is small. The wave velocity is always comprised between the average liquid velocity and the average gas velocity.

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Résumé Des ondes de structure apparaissent dans les écoulements diphasiques parce que les phases n'ont pas la même vitesse moyenne, le flux de glissement correspondant étant essentiellement fonction de la structure de l'écoulement. Les propriétés des ondes apportent des informations sur les lois de fermetures requises par les modèles pratiques. On présente les résultats d'expériences effectuées avec un écoulement eau-air à bulles dans une section annulaire verticale. Les fluctuations de taux de vide dues aux perturbations de structure sont détectées par mesure de capacité (l'effect d'une bulle unique est toujours négligeable). Seules les perturbations de basse fréquence peuvent subsister, les perturbations de haute fréquence étant fortement amorties. Dans la gamme basse fréquence, la vitesse des ondes est indépendante de la fréquence et l'amortissement est faible. La vitesse des ondes est toujours comprise entre la vitesse moyenne du liquide et la vitesse moyenne du gaz.