V锥节流装置内气液分层流动特性数值模拟

针对气液分层流流量在线测量问题,对V锥节流装置内的气液分层流流动特性及其对测量的影响进行数值模拟。研究锥尾尾涡的形成、变化及对流动的影响,结合气液两相流流经V锥的相分布特性,揭示流动特性对差压测量的影响规律。结果表明:V锥锥尾下游形成大尺度的尾流漩涡;分层流来流条件下,尾涡呈现上部大下部小的不对称分布形态,随着表观液速增大,尾涡下游端点向管道下部倾斜越明显;锥尾取压口附近的流动较为稳定,且锥尾取压孔附近液相含量极低,使得低压取压环境较为稳定,进而有利于差压测量。     

V锥流量计湿气流量测量新模型

针对V锥流量计在测量湿气时产生的虚高问题,提出用V锥流量计的两相流量系数来进行修正。采用节流比为0.75的V锥,在压力为0.10～0.22MPa、气相流量为100～300m3.h-1、液相流量为0～0.08m3.h-1的实验条件下,研究了Lockhart-Martinelli(L-M)参数、压力及气体密度弗鲁德数对V锥两相流量系数的影响。结果表明,两相流量系数与L-M参数呈良好的线性关系,线性斜率受气体密度弗鲁德数和压力的影响。获得了两相流量系数与L-M参数、气体密度弗鲁德数和压力的拟合关联式,并建立了基于两相流量系数的湿气测量模型。在95%的置信水平下,新模型的气相流量测量相对误差小于±5%。     

泵出型螺旋槽机械密封端面间隙气液两相流动数值分析

针对泵出型螺旋槽气膜密封由于阻塞气压力降低,被密封液相介质进入密封间隙的情况,以密封端面间隙流体膜为研究对象,利用Fluent软件VOF模型模拟阻塞气压力恢复到正常值时端面间隙的流动状况。此时流体膜处于气液两相非稳定流动状态,研究密封端面间气液两相介质分布、压力分布及密封性能随时间的变化规律。结果表明:在假设条件下,内径处阻塞气压力恢复到正常值,流体膜能够恢复成纯气相流体膜;液相介质能增强流体动压效应,增大气相介质流动阻力,降低泵送量;气液两相掺混,改变了气液两相分布、压力分布、泵送量等密封性能,增大了流体膜恢复成纯气相的难度,且在液相介质进入螺旋槽状况下,流动过程中少量液相介质在内径处发生泄漏。     

煤层气井筒气液两相流数值模拟

在煤层气井开采过程中由于井底积液的影响,会在管道中形成气液两相流动。用数值模拟方法研究含气率、进口压力、进口温度、压降等参数对气液两相流流态的影响。结果表明：进口压力和进口温度对气液两相流流态影响较小;含气率对两相流流态的影响很大,决定了气液两相的流态,当含气率小于0.2时,气液两相流呈现泡状流,当含气率在0.2～0.3时气液两相流流态呈现段塞流,当含气率在0.5～0.6时,气液两相流流态呈现搅动流,当含气率超过0.8时,气液两相流流态呈现环状流;压降对流体的影响较为复杂,随着压降增加,流态会缓慢发生变化,管内两相流中的气体膨胀,改变了截面含气率以及气液两相的表观速度,使两相流流态发生了转变;当压降超过一定值时,流态会从一种形态转变为另外一种形态。     

垂直上升气液柱塞流中含气率分布

针对柱寒流含气率分布不明确的问题,在分析现有试验数据基础上,以含气率为标准提出柱塞流新的划分方式,建立柱塞流物理模型.综合考虑含气率径向和轴向的分布,对柱塞流含气率和过渡段长度的分布规律进行研究,并进行误差分析.结果表明:过渡段长度和含气率的分布主要受表观含气率的影响;过渡段长度在径向上的衰减主要由气液两相流速关系决定;含气率以及过渡段长度分布的计算值与试验值符合较好.     

楔形孔板流量计内多气泡的运动行为

针对楔形孔板流量计多个气泡的运动,建立了对孔板流量计内气液两相流动的数学模型.采用贴体坐标系下同位网格的SIMPLE算法解决速度与压力的耦合问题.利用贴体坐标下Level Set方法追踪两相界面的运动.通过模拟结果中节流截面含气律变化的分析,得出混相密度变化才是影响楔形孔板流量计测量精度的主要因素.因此,校正多相流的混相密度值是提高孔板流量计的测量精度,减小测量误差的最佳方法.     

楔形孔板流量计内多气泡的运动行为研究

针对楔形孔板流量计多个气泡的运动,建立了对孔板流量计内气液两相流动的数学模型.采用贴体坐标系下同位网格的SIMPLE算法解决速度与压力的耦合问题.利用贴体坐标下Level Set方法追踪两相界面的运动.通过模拟结果中节流截面含气律变化的分析,得出混相密度变化才是影响楔形孔板流量计测量精度的主要因素.因此,校正多相流的混相密度值是提高孔板流量计的测量精度,减小测量误差的最佳方法.     

错列圆柱表面周向压力分布的试验研究

研究了正三角形排列的3排错列圆柱受到气液两相流横向冲刷时的表面周向时均压力和脉动压力的分布特性,讨论了含气率对圆柱表面时均压力系数和脉动压力系数的影响．气液两相流的流型为细泡状流,两相隙缝流雷诺数的范围为2.0×10     

气液两相流中压力波传播的实验研究

在含气率为0-0.7 m/s,折算液速为0-1.5 m/s范围内实验研究了气液两相泡状流和弹状流中压力波的传播.利用压力信号分析了气液两相流中压力波传播的速度和衰减特性,证明气液两相流中压力波的传播具有色散特性,其传播速度和衰减系数受含气率和扰动角频率的影响很大,而工质的折算速度对压力波的传播几乎没影响.     

扰流对大口径内锥流量计性能影响的仿真研究

利用数值仿真方法,对800 mm口径、β值为0.726 8的大口径内锥流量计进行了CFD数值模拟研究。分别在内锥流量计的上、下游直管段处安装半月型孔板,通过扰流件对速度场的影响,分析内锥流量计的性能。研究结果表明:大口径内锥流量计流出系数几乎与雷诺数无关;如果在内锥流量计的上游5D、下游1D或更远直管段处安装扰流件,基本上不影响流出系数;若同时在上游和下游安装扰流件,此时下游的扰流件对速度场起到整流器的作用。     

应用电阻层系成像技术测量垂直管道气/液两相流分相含率

通过对垂直管道中气／液两相流截面相含率测量影响因素的分析,以电阻层析成像系统为检测工具,提出了提取原始测量数据边界特征值的方法和描述气／液两相流截面相含率的特征函数,得到了气／液两相流的截面含气率,仿真计算与实验测试结果表明,在研究导电的液相为连续相的气／液两相流情况下的分相含率时,上述方法是一种有效的测量手段．     

受气液两相流横向冲刷的圆柱表面压力分布研究

在１．６×１０４～５．０×１０４的Ｒｅ数范围和０～０２的含气率范围内,利用微型压力传感器和旋转工作台,对垂直上升矩形截面管内由空气和水组成的气液两相流绕水平布置圆柱流动时圆柱表面的压力分布进行了实验研究,得出了时均压力系数分布和脉动压力系数分布随含气率及Ｒｅ数的变化特性．从这些特性中可以看出,气液两相流中圆柱背侧的旋涡从层流分离开始向紊流分离转变的临界Ｒｅ数比单相流时低得多;当含气率超过０１时,在圆柱背部的尾流中不再产生明显的涡街;用脉动压力分布可以比时均压力分布更清楚地表明旋涡的强度及分离位置．本实验范围内Ｒｅ数对时均压力和脉动压力分布的影响都很小．     

V锥流量计超量程使用的处理方法

V锥流量计是2000年左右才在国内出现的流量计,V锥流量计是一种通过节流取差压以反映流量大小的节流装置.中冶京诚(营口)中试基地90%的煤气流量测量使用V锥流量计计量.通过对制气区域消耗煤气总管V锥流量计FE-2732超量程使用的实际情况进行理论分析与计算,提出一套解决流量计超量程问题的具体方案:即在保证测量精度的前提下,不更换V锥流量计,使其继续可以对流量进行准确测量.此方案实际应用于制气区域生产现场已有一年之久,用户反映良好,使用情况令人满意.并已经推广到其他存在类似问题的V锥流量计上.     

靶式流量计差压及冲量特性在两相流测量中的应用

本文提出了一种新的气液两相流双参数测量方法—一利用单一的靶式流量计实现两相流流量及质量含气率的同时在线测量,并建立了相应的理论模型.实验结果表明,该方法是可行的,具有测量元件简单、待测量少、成本低、易于实用化等优点。     

基于PVT法的小通道气液两相流段塞流的流量测量

针对小通道气液两相流段塞流,将常规通道的压力-体积-温度测量法(PVT法)应用于两相流流量测量研究。利用光电传感器、温度传感器以及差压传感器采集上、下游位置的气液两相流流速信号、温度信号和压力信号,然后根据PVT法测量原理实现气液两相流流量测量。实验中采用的小通道内径为5.0 mm。研究结果表明:本文提出的将PVT法应用于小通道气液两相流段塞流流量测量的方法是可行的,两相流互相关流速测量最大相对误差在6%以内,两相流液相流量测量最大相对误差在10%以内。     

低含液率气液两相钝体绕流实验与机理

气液两相钝体绕流现象广泛存在于生产实践和社会生活中,其中气相中含少量液体是常见的两相流现象.通过实验,研究了常压下50,mm口径水平圆管中低含液率气液两相钝体绕流的涡街现象,就含液率对涡街信号的频率与幅值的影响进行比较分析,应用消除趋势波动法(DFA)对涡街信号进行处理,得到液相体积含率0.1%,左右是本实验条件下能产生稳定涡街的分界点.对实验流型——环状流进行了动力学分析,得到气、液相惯性力之比和液相韦伯数随含液率的变化规律,并从液相的分布与运动及气相夹带液滴对漩涡能量影响两方面,分析了涡街失稳的机理.最后利用拟合的两相斯特劳哈尔数和含液率之间的线性关系,使涡街在湿气及低含液率下的测量误差从6.37%,减小到2.03%,,对实际工程测量有一定的指导意义.     

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.     

基于离心法引发的气液两相环状流的数值模拟及流量测量研究

用数值模拟方法研究了水平管内气液两相流经过旋流叶片这种离心原件的流动特点。入口为段塞流,空气为主相,水为次相。研究在离心力作用下给气液相分布和流型转变带来的影响。模拟结果表明段塞流经过离心原件后流型转变为环状流;且环状流的液膜相对比较均匀。实验引进了3D打印技术,试制了旋流叶片,并开展了气液两相流实验研究,采用多普勒流速仪测量,通过对液膜速度分布曲线积分即可获得液相质量流量。实验取得了良好的结果,误差基本都在10%以内。实现了管内相分离和流量的非介入式测量,为气液两相流计量提供了指导意义。     

自吸式离心泵自吸过程的非稳态数值模拟

为研究自吸式离心泵的自吸过程,选取外混式自吸离心泵为研究对象,基于非稳态数值模拟方法,采用VOF多相流模型和标准k-ε模型,通过简化的边界条件,研究该自吸式离心泵的气液两相混合流动和分离过程,并且分析各监测点的含气率、速度、压力.结果表明：自吸过程中会产生气液分层现象,降低排气效率;在叶轮与蜗壳的间隙较小处,会产生高强度的含气率波动.     

连铸喷嘴气路加速环对喷嘴出口处液相运动与分布的影响

为获得更好的高速连铸二冷区铸坯冷却效果,本文提出在气-水雾化喷嘴气路通道内增设加速环装置。根据生产工艺条件,利用Fluent软件建立了优化前后气-水雾化喷嘴的三维气-液两相流模型,分析了喷嘴进水压力和进气压力对喷嘴出口处液相速度和液相体积分数分布的影响。结果表明,本文计算条件下,当喷嘴进水压力一定时,随着进气压力的增加,喷嘴出口处液相速度显著增大,液相体积分数呈减小趋势;当喷嘴进气压力一定,随着进水压力的增加,喷嘴出口处液相速度减小,液相体积分数整体呈增大的趋势;相同工况条件下,喷嘴气路设置加速环后,喷嘴出口处的液相速度分布较优化前更稳定,液相分布均匀性得到改善。