Visual Observations of Air‐water Two‐phase Flow Across Small Diameter Tubes With Vertical Return Bends

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 etude fournit une observation visuelle qualitative des profils d'ecoulements diphasiques pour des melanges air-eau dans un tube lisse de 3,0 mm et deux tubes lisses de 6,9 mm, en presence 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 matiere total est de 50 a 800 kg/m2·s. Certains phenomenes speciaux tels que l'inversion d'ecoulement et le bouchon refrigerant sont observes pour le coude de renvoi vertical du courant avec D = 6,9 mm, comme dans le cas des resultats publies anterieurement pour des configurations horizontales. Cependant, les phenomenes d'inversion d'ecoulement et de bouchon refrigerant sont a peine presents dans un tube de diametre plus petit (D = 3 mm) du fait de l'influence de l'inertie de l'ecoulement et de la tension de surface. Des descriptions quantitatives du regime d'ecoulement du renvoi d'ecoulement et l'equation predisant la longueur de retrait sont proposees. Pour D = 6,9 mm, le bouchon d'air dans le coude de renvoi montre un phenomene separe et refusionne, mais il disparait quasiment pour D = 3 mm. Contrairement au cas de D = 6,9 mm, pour le meme flux massique et la meme qualite de vapeur avec D = 3,0 mm, il n'y a pas de grande difference pour les profils d'ecoulement diphasiques entre l'ecoulement entrant dans le tube superieur ou l'ecoulement entrant par le tube inferieur.