水平管气液分层流压力梯度和含气率计算方法研究

在内径为80mm的大型多相流实验环道上，深入研究了高气相流速下气液分层流压力梯度和截面含气率特性，截面含气率采用双能伽马射线密度仅测量．通过对相间剪切应力的研究，提出应用气相动量方程计算压力梯度和界面含气率．采用FLAT、ARS、MARS 3种界面形状模型计算了水平管气液两相分层流压力梯度和截面含气率，并将计算结果与实验结果进行了对比分析,ARS和MARS模型的预测结果接近且误差小，因此推荐采用ARS或MARS模型预测高气相流速分层流压力梯度和截面含气率．     

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．     

论溶浸液在松散矿石堆渗滤浸出中流动速度的意义

本文围绕溶浸液在松散矿石堆中渗滤浸出条件下流动速度的意义作了讨论，包括浸出动力学条件方程的讨论、矿石块表面液膜厚度与溶没液流速的关系、溶浸体及其解析方程的建立、溶浸区的划分和流速不均匀等问题，并以此为基础，提出了四项有实用价值的实现均匀流速的建议．     

气体搅拌萃取塔有机分散相滞液率的计算

研究了在气体搅拌筛板萃取塔中，空气-蒽醌工作液-水三相体系的流体力学性能，讨论了气相、有机分散相和连续相表观流速对有机分散相滞液率的影响．结果表明，当气相表观流速和有机分散相表观流速增大时，有机分散相滞液率均增大，而连续相表观流速对有机分散相滞液率没有影响．在有机分散相相对于连续相的相对速度计算公式的基础上，提出了计算有机分散相滞液率的方法．用该方法计算了文中实验物系和文献中提到的气-液-液三相或液-液两相体系的有机分散相滞液率，计算结果与相应实验及文献数据符合良好，相对偏差范围为4．9％～15．5％．     

垂直管内油—气—水三相弹状流流动特性的研究

采用高速动态分析系统和光纤含气率测量仪,研究了垂直上升管内油－气－水三相弹状流流动特征的规律．实验表明,短时域内平均截面含气率是判断三相流流型的有效方法．通过改变三相流系统中的体积含水率,研究了它对液弹内平均截面含气率的影响;最后,用高速动态分析仪可视化测定了各个工况下的平均液弹长度．     

变截面通道内超音速两相流极限升压能力研究

根据质量、动量、能量守恒方程建立了变截面通道内超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力计算数学模型．计算及研究表明：极限升压能力随变截面混合腔喉部直径、被升压的低压水流量和蒸汽喷嘴压比增加而降低，随环形水喷嘴间隙的变化出现了最小值；计算得出变截面超音速汽液两相流装置的极限升压能力可达26；在设计升压装置时应尽可能选取较大的蒸汽喷嘴压比和较小的环形水喷嘴间隙。同时给出了变截面混合腔喉部直径的设计原则。研究结果对变截面通道内超音速汽液两相流升压技术的应用有重要意义。     

变离心力场中等截面冷却通道的流量计算和实验研究

本文用数值计算得到的数据集，回归出在变离心力场下，等截面管流由于热阻力引起的变密度流流量减少公式，并用热平衡法在旋转试验台上测量了加热条件下通道内的加热量和平均流速．由实验数据集回归出的流量减少公式与数值计算结果相符．     

高温平板滞止区内饱和水喷流沸腾传热最大热流密度

对高温平板滞止区内饱和水喷流冲击沸腾的临界热流密度进行了理论解析和实验研究。根据气液两相流稳定性理论得到了气泡层下最大液膜底层厚度，并由最大液膜底层厚度和液膜平均流速，建立了一个预示临界热流密度的半理论方程。方程系数由稳态实验数据拟合得到。研究结果证明，临界热流密度取决于滞止冲击速度和喷流直径，半理论半经验式能较好地预示实验结果。     

垂直上升内螺纹管中高压汽-水两相流截面含汽率的测量

利用四头内螺纹管构建了水平绝热管和垂直绝热管组合元件,在压力为11.3、14.2、21.5 MPa,质量流速为250~1 200kg/(m2·s),热负荷为50~300kW/m2的范围内,采用压差替代法对内螺纹管内垂直上升流动的高温、高压汽-水两相流进行了截面含汽率的测量,并分析了系统参数对截面含汽率的影响。与经典公式的计算结果对比发现,Zivi模型和我国电站锅炉水动力计算标准与试验数据相差较小,其中Zivi模型与文中试验数据误差小于15%。基于试验数据,分压力拟合了体积含汽率经验公式,与试验值相比绝大部分点的相对误差小于15%,在高干度区相对误差小于10%。研究结果表明,基于压差替代法,采用所提模型可以对垂直内螺纹管内高温、高压汽-水两相流体参数进行有效测量。     

液体火箭发动机燃烧室液膜冷却数值研究

对液体火箭发动机燃烧室中的液膜冷却进行了数值模拟．采用有限容积法对燃气和液膜控制方程同时进行求解，对燃气和液膜分别采用标准k-ε模型和修正的Van Driest模型描述其湍流流动．燃气的辐射传热采用热流模型计算，同时对液膜干涸点下游的流动与传热进行了模拟．详细研究了气液界面上质量、动量和热量的传输特性，发现当壁面绝热时，燃气对流传热和液膜蒸发所吸收的汽化潜热在界面热量传递中起主导作用，但燃气的辐射传热和液膜显热不能被忽略．同时，分析了各种因素对液膜长度的影响，计算结果与实验符合良好，对工程实践有指导意义．     

垂直井筒气液段塞流压力梯度的简便算法

以流动机理研究为基础，应用等效段塞单元分析方法，建立了垂直气液段塞流压力梯度的计算模型，依据实验数据确定了模型中液相段塞持液率的预测方法，借用公开发表的相关实验数据对新建模型进行了验证。经对比分析认为，所提出的压力梯度计算方法不仅涉及的中间参量少、计算简便，而且对不同来源的数据适应性好、计算精度高。另外，不同液相段塞持液率相关式的计算结果相差较大，但实验条件下对压力梯度的预测值影响并不大。     

液体填塞流的持液率与压力降研究

以不同粘度的流体为液相，在垂直管中研究了液体填塞流（包括弹状流，块状流和泛出流）的持液率和压力降，研究结果表明，对于不同粘度的液体，填塞流的持液率都随无量纲气流体积通量的增大呈对数规律减小，总压力降随气流体积通量也近似呈对数规律变化，研究同时发现，液体填塞流的摩擦阻力压力降为负值且存在极值点，摩擦阻力压力降在总压力降中所占的百分比与气流体积通量的关系存在拐点，拐点处在应于弹状流向块状流的流型转变。     

混输管路气液两相流模型的建立与验证

针对管路气液两相流,建立了一种捕获段塞流的形成和发展过程;并进行气液两相流水力计算的组合模型。以滑移速度和液相连续性方程为基础,通过建立动坐标系来求解液相连续性方程,得到以持液率的变化来反映段塞的形成和发展。加入地形起伏的影响和压降计算关系式,对气液混输管路进行水力计算。分别使用实验数据和工程现场数据来验证模型的准确性。实验数据分别来自于实验环道和大庆油田现场数据。结果显示:模型计算大部分压降误差在±17%以内,大部分积液量误差在±11%以内,具有较好的精度。     

黏度对垂直上升管段塞流流动规律的影响

为研究在不同黏度的条件下的垂直管段塞流流动特性,进行了实验和数值模拟研究,对不同黏度下的截面压力、含液率、压差波动信号及压降值进行分析.结果表明:液相黏度的增大使气塞长度减小,并缩短至7.5～9倍的管径,段塞周期缩短,管道截面压力和压差波动会随之加快,平均持液率也逐渐增大,Mukherjee-Brill模型无法准确预测高黏油气流动的持液率,VOF(volume of fluent model)模型的持液率计算精度较高.液相黏度的变化对段塞流压降有一定影响,实验和模拟计算中都出现了负摩阻压降现象,总压降随着黏度增大而增大;Beggs-Brill模型的压降计算精度随着黏度的增加而降低,Hagedorn-Brown模型和VOF模型对压降的预测效果较好,误差低于15％,可见优于其他模型.     

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.     

基于强制环状流的往复式动态电导传感器的持液率测量

利用传统电导法测量气液两相流持液率时,测量精度和测量范围往往要受到流型和矿化度的影响。为此,提出一种在强制环状流状态下,利用往复式动态电导探针测量持液率的方法。测量装置由旋流器、电导探针、探针自动往复移动装置和数据采集处理系统等组成。该测量方法一方面将流型调整为强制环状流,使测量结果不受复杂多变的气液流型的影响;另一方面,仅仅根据电路的通断来确定液膜厚度,而不依赖具体的电导率大小,因此可以克服矿 化度对测量结果的影响。通过数值模拟研究,标定了动态电导传感器对液膜进行测量的位置位于旋流器下游约6D处;通过室内实验验证了装置的可行性,结果表明：在气相表观流速5~20m·s-1,液相表观流速0.079~0.48m·s-1的实验参数范围内,持液率最大偏差为10.45%。     

水平管段塞流特征参数测量方法的试验研究

在内径 5 4mm、长 2 4m的水平有机玻璃管中利用空气水为试验介质对段塞流特征参数的测量方法进行了研究。利用上、下游两个压力信号相减得到差压信号 ,用电导探针测量了波高信号。分析了压力信号、差压信号和波高信号之间的对应关系 ,给出了利用差压信号相关测量液塞速度的方法 ,提出了“差压渡越时间”的新概念 ,并根据差压渡越时间这一概念提出了测量液塞长度的新方法。同时探讨了利用压力和波高信号测量段塞流特征参数的可能性和优缺点。试验结果表明 ,利用差压信号相关易于测量液塞速度、液塞频率和段塞单元长度 ,但用差压信号不能测量段塞流持液率的变化。液塞速度随气液混合物速度增大而增大 ,滑脱系数C0 不是一个常数。用波高信号相关可以测得液相平均速度。用波高和压力信号不易于测量液塞频率和段塞单元长度。     

强烈段塞流特征参数试验研究

为了寻求强烈段塞流特征参数的变化规律,在高4 m、内径50 mm的管线中利用双平行电导探针测试了强烈段塞流的持液率信号,并用互相关法对其进行了分析,得到了强烈段塞流的液塞速度、液塞长度随气、液相折算速度及下倾管倾角的变化规律。结果表明,当气相折算速度恒定时,随着液相折算速度的增大,液塞速度、液塞长度均线性增大;当液相折算速度恒定时,随着气相折算速度的增大,液塞速度线性增大,而液塞长度呈双曲型减小;当气、液相折算速度恒定时,随着下倾管倾角的增大,液塞速度、液塞长度都稍有增大。     

强烈段塞流特征参数试验研究

为了寻求强烈段塞流特征参数的变化规律，在高4m、内径50mm的管线中利用双平行电导探针测试了强烈段塞流的持液率信号，并用互相关法对其进行了分析，得到了强烈段塞流的液塞速度、液塞长度随气、液相折算速度及下倾管倾角的变化规律。结果表明，当气相折算速度恒定时，随着液相折算速度的增大，液塞速度、液塞长度均线性增大；当液相折算速度恒定时，随着气相折算速度的增大，液塞速度线性增大，而液塞长度呈双曲型减小；当气、液相折算速度恒定时，随着下倾管倾角的增大，液塞速度、液塞长度都稍有增大。     

两相弹状流中液弹及气泡合并情况的研究

对气液两相弹状流中液弹和气泡合并情况进行了研究．得出最小稳定液弹长度是液弹尾部达到充分发展的速度分布所需的长度．通过对液弹内弥散气泡的统计分析，得出稳定液弹内不存在直径大于５ｍｍ的气泡．借助流动可视化技术，对弹状流中各种尺寸气泡的合并情况进行了描述，得出小气泡之间的合并为二元式合并，而小气泡与大气泡之间的合并是非二元式合并．