气泡在不同液体中上升速度的实验研究

为了推断中子慢化剂液氢中气化氢气泡的上升速度及影响因素，选取合适的工质进行了含气率的模拟实验。采用和液氢层厚度相同的方形有机玻璃管作为可视化实验段，在其中加入蒸馏水、无水乙醇及氟里昂113作为液体介质，通过在实验段的下部喷入空气产生空气气泡进行不同液体介质中空气气泡的上升速度实验，以研究液相的物性如表面张力、密度、粘度等对气泡上升速度的影响。实验证明，对于半径为1～3mm的空气气泡，液相表面张力与密度的比值是决定气泡上升速度快慢的主要因素，该比值越大，气泡上升得越快。对照液氢的相关物性预测出了半径为1～3mm的气化氢气泡要比Rll3中空气气泡的上升速度快，因此可以用R113进行两相氢循环中含气率的模拟实验。     

深水钻井井筒环空气体上升速度研究

在深水钻井的过程中,及早准确地监测到气侵的发生对于钻井安全至关重要。在哈格多恩和布朗方法的基础上建立了深水钻井气侵发生后气体上升速度模型,针对井斜角对气体流型划分原则的影响及气体滑脱速度的改变进行了修正,结合气侵后井筒气液流动规律,实现了气侵发生后气体到达海底井口时间的实时计算,所得结果能够有效反映深水斜井钻遇气侵后井筒环空的流动规律,对于气侵及井控的监测具有重要意义。     

垂直环空空气－泥浆气液两相流实验研究

对空气在垂直环空泥浆中流型分布规律及运移规律进行了研究，结果表明，气体在泥浆中流型分布与在水中流型分布相比差别很大，同样流型下气体在泥浆中的上升速度比在水中上升速度略低，但基本接近，然而二者的数学表达式却相差甚远．这是因为在同样的含气率的情况下，在空气－泥浆两相流系统中，从泡状流向团块状流过渡要比空气．水两相流系统中早得多．实验还发现，在常温常压且泥浆粘度高的情况下，空气泥浆两相流系统中不存在泡状流，气体含量小时即为弹状流，因此．气体在水中的流型分布规律及上升速度模型不能简单地用于泥浆作为液相的气液两相流中．     

光纤两相流测试系统与实验

基于光纤双探针的方法设计了一套光纤两相流参数测量系统,可以满足两相流的微观特性测试的需求.该系统能够很好地识别气液两相流中的不同相,将光纤探针测得的光信号转换为电信号,经过偏置放大等处理后输送给采集系统,最终通过计算机编程进行数据处理.模拟实验测得了含气率、气泡速度、气泡大小等3个参数,分析了其径向分布规律:在一定的操作条件下,随着气流量的增加,含气率随之增加,径向分布由边壁峰、中间峰转向中心峰;气泡的上升速度增加,呈现管道中央速度大边壁速度小的分布;在一定的范围内,气泡大小的径向分布比较平稳.该实验验证了光纤两相流测量系统的可行性,展示了光纤探针技术用于两相流测量的优越性.     

鼓泡塔板上气泡运动行为的研究

本研究采用探针法测定了大型鼓泡塔上的气泡行为，给出了含气率，气泡直径分布及上升速度随轴向高度的变化关系，报气液流率对气泡行为的影响。     

垂直环空空气—泥浆气液两相流实验研究

对空气在垂直环空泥浆中流型分布规律及运移规律进行了研究。结果表明，气体在泥浆中流型分布与在水中相比差别很大。同样流型下气体在泥浆中的上升速度比在水中上升速度略低，但基本接近，然而二者的数学表达式却相差甚远。这是因为在同样的含气率的情况下，在空气－泥浆两相流系统中，从泡状流向团块状流过渡要比空气－水两相流系统中早得多。实验还发现，在常温常压且泥浆粘度高的情况下，空气－泥浆两相流系统中不存在泡状流，气     

脉动流化床气泡特性的研究

为了研究脉动流化床气泡特性,对流化床内气泡的特性进行了二维冷态模拟实验．利用摄像机捕捉流化床气固瞬间的流动状态,通过对图像进行分析,比较了脉动流化床和传统流化床内气泡尺寸,探讨了气泡平均上升速度和气泡尺寸受脉动参数和物料特性的影响．从实验可知,脉动气流可以抑制大气泡的形成,促进气固间的接触,且气泡的平均上升速度随脉动频率的增加有降低的趋势．     

利用红外对管进行无干扰气泡上升速度测量的实验研究

采用红外对管作为测量手段,对空气气泡在去离子水、质量分数为10%的氯化钠水溶液、质量分数为5%以及10%的酒精水溶液中的上升速度进行了实验研究.实验结果与Mendelson经验公式以及Harmathy经验公式的预测值相比,误差小于15%,与数码摄像法的实测值吻合良好.该法具有设备简单,操作方便,成本低廉,对流体物性无影响,不干扰气泡的上升过程等特点,特别适宜测试毛细管等微管内气泡(气弹)的上升速度,是研究毛细管传热及微通道气液两相流动力学的较好方法.     

悬链线立管多相流流型研究

以水和空气为介质,在不同倾角的水平段和悬链线段组合中,研究气液两相流可能出现的流型及其特点,其中流型主要通过肉眼观察结合压力波动检测的方法来进行辨别.同时针对实验范围内出现的部分流型,研究该流型下管段压力和压降随气液速度以及角度的变化规律,并对悬链线管段为段塞流和严重段塞流时管内含气率、气泡长度、气泡速度、气泡频率等参数进行测量.结果表明:试验范围内共出现9种组合流型,4种组合区域所占区域最广;气液流速的变化对管线压降有一定的影响,水平管段的角度对压降的影响远小于气液速度的影响;液速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随气速的增加而增加,气速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随液速的增加而减小.     

质子交换膜电解池内氧气泡输运过程特性

研究了质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)阳极流场内的氧气泡运动特性,采用VOF(volume of fluid)方法分析了多孔输运层(porous transport layer,PTL)表面接触角、液态水流速、氧气产生速率及PTL孔径对氧气泡在流道中运动特性的影响.结果表明:PTL处理为亲水性有利于气泡脱离,降低表面气体覆盖率,促进液态水到达催化层;高的液态水流速会减小气泡脱离时间及脱离体积,降低PTL表面气体覆盖率及容积含气率,促进气泡从流道中排出;气体生成速率增大会提高流道容积含气率和PTL表面气体覆盖率,不利于电解池的运行;随PTL孔径增大,气泡脱离体积增大,脱离时间先减小后增加.     

垂直及倾斜环形管内上升气液泡状流存在条件

对垂直环形管内上升气液两相泡状流存在条件进行了研究 .根据Taitel的气泡结合及积聚理论及小气泡群的实际上升速度 ,将小气泡和Taylor气泡上升速度与截面含气率进行关联 ,并采用Das的预测垂直环形管内Taylor气泡上升速度的关系式 ,获得了一种改进的泡状流区存在模型 .通过该实验数据及其他研究者实验数据的比较 ,表明该改进模型比Caetano模型更加符合实际 .通过上述类似方法 ,笔者还给出了倾斜环形管内泡状流的存在模型 .     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术,其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据.首先,通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W/O)向水包油型(O/W)的转变发生在含水率约为0.45时.垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流.通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式,该转变发生的临界截面含气率约为0.35,计算结果与实验值的平均误差为11%.泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小,含水率对转变界限的影响较弱.     

PDA测试浮选柱液-气两相流中气泡的流速分布

采用ＰＤＡ两相流测速技术,对ＬＨＪ浮选柱下导管内液－气两相流中气泡的流速进行了测定,获得了浮选柱内液气两相流中气泡沿径向和轴向的湍流速度分布规律。测试结果证实了ＬＨＪ浮选柱内形成泡沫流时,下导管内气泡运动处于强烈的脉动状态,该结果为揭示其矿化作用机理,建立数学模型及放大提供了理论依据。     

对预测垂直环空管中Taylor泡上升速度模型的评价

弹状流是管内两相流中常见的流型之一,为了研究弹状流的流动特性,有必要确定Ｔａｙｌｏｒ泡在滞止液体中的上升速度．本文对Ｓａｄａｔｏｍｉ、Ｈａｓａｎ和Ｂａｒｎｅａ预测垂直环空管中Ｔａｙｌｏｒ泡在滞止液体中上升速度的三种计算模型进行了评价分别用这几种模型的预测值与不同研究者在不同时期、不同实验条件下得到的实验值进行了全面的比较;借助于平均误差对三种模型的预测精度进行了定量分析．根据比较及定量分析结果,Ｓａｄａｔｏｍｉ模型的预测值误差较大,而Ｈａｓａｎ与Ｂａｒｎｅａ模型的预测误差相当,精度均较Ｓａｄａｔｏｍｉ模型的高三种模型均没有考虑环空管偏心度的影响,在全偏心配置的环空管中,它们的预测精度均受到一定影响．     

三相鼓泡塔反应器液体流速分布的实验研究

采用示踪剂电子电极法对气-液-固三相鼓泡塔局部液体流速的测试结果表明，塔中心处的局部液速最大，近塔壁处最小，随表观气速增大，初始流体流动处于由均匀流型向过渡流型的转变；当表观气速继续增大，平均液速则明显增加，轴向液速的径向分布呈线性关系，表明流体的流动进入非均匀流型；三种不同结构的气体分布器对反应器中心线处轴向流速影响的实验表明，环状气体分布器的反应器底部存在一个狭小的回流区。     

不同底坡有流流场中单个气泡运动的三维数值模拟

为了对不同水底地形和不同来流情况下,单个气泡上升并与自由表面相互作用的运动进行三维数值模拟,采用了VOF中的PLIC界面重构方法.结果表明:有无来流及来流大小对水平底面的气泡上升运动几乎没有影响.从不同水底坡度和不同来流速度耦舍下气泡运动发现,流速和底坡的耦合能有效增大气泡上升速度和自由表面抬升高度,并增大气泡变形.底坡坡度或速度越大,气泡相应物理量增幅也越大,变形更明显.     

页岩气钻井岩屑运移规律仿真分析

页岩气水平井钻井过程中岩屑在重力作用下极易在斜井段及水平段中沉积形成岩屑床,清洁难度大,进而导致井底高摩阻、高扭矩和阻卡,严重时造成卡钻、钻具断落井下安全事故。基于液固两相流理论,建立了三维井眼环空岩屑运移模型,通过控制变量法分别分析了钻杆转速、排量、岩屑粒径、偏心度、井斜角度等因素变化对环空井筒岩屑体积分数及运移轴向速度的影响规律。研究结果表明：随着转速和钻偏心度增大,岩屑体积分数降低及轴向速度增大;随着岩屑粒径增大,岩屑体积分数增加及轴向速度降低;随着井斜角降低,岩屑体积分数降低及轴向速度增加。可见提高转速、钻井液排量和控制钻头破坏岩屑粒径大小有利于提高井眼清洁,降低井下安全事故。