气液两相流动系统广泛应用于核能发电,长距离石油运输,化工压力容器设备运行等方面,而流型作为气液两相流系统中最重要的一部分,影响着流动参数测量的准确性以及流动系统的运行特性。因此,研究管内气液两相流型对提高能源利用率起到了至关重要的作用。国内外专家学者对水平管道内气液两相流型的可视化实验做了众多研究,但由于实验条件的限制,对不同介质、不同管径以及不同倾角状态下管内气液两相流型的研究却很少,无法为天然气输送、核反应堆、蒸汽发生器、微反应器及锅炉斜交叉管道等工程实际应用中提供有力的技术支持。综上所述,采用数值模拟的方法开展介质、管径及倾角对管内气液两相流型影响的相关研究具有一定的理论意义和实际应用价值。首先,利用高界面捕捉能力的VOSET法,对垂直上升管内不同介质的气液两相流型进行数值模拟计算,以绘制流型图的方式,分析介质变化对流型转化分界的影响;并对相应的流型转化关系式加以修正。结果表明:在改变介质过程中,弹状流与泡状流的流型分界线变化最明显,且与黏度变化呈正相关趋势;环状流与丝束环状流分界线受介质变化影响最小。然后,通过管径变化的数值计算,发现随着管径的增大,Taylor流在流型图中的面积逐渐减小,而泡状流面积逐渐增大。Taylor流与泡状流的流型分界线对管径变化最敏感。在小管径中,几乎不存在泡状流,且于常规管道中搅拌流与环状流的流型分界线转化方式不同,Taylor流中的Taylor气泡长度与管径呈正相关趋势,且随气相速度增加而增大。大管径中,当湍流作用在管径超过150mm时,不会出现环状流。最后,通过对不同倾角的管内气液两相流型进行数值模拟计算,结果表明:分层流只存在于水平管道中,波状流与间歇流在垂直管道中转变为搅混流。倾角的改变对弹状流向搅混流过渡转化的影响最大;倾角从0°到30°转变对流型图中各流型分界线的改变最明显。随着倾角逐渐增大,流型图中环状流和泡状流的面积逐渐增加,弹状流的面积逐渐减小。以上研究结论进一步完善了气液两相流在不同情况下的流型转化趋向;奠定了气液两相流型的理论基础。为实际工程应用带来一定参考价值。