气、液两相流在水平管道中水头损失的实验研究

在污水生物处理中,一种新的节能曝气方法,需要管道中的气、液两相流动.利用普通镀锌钢管中的气、液两相流进实验,考察气、液两相流在水平管道中压力变化,并对气、液两相流在水平管段中流动时的实验数据进行了数学拟合,得出了统计计算公式和参数,为未来的节能曝气所需的气液两相流管路设计,作了初步工作.     

管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟研究

结合k - ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟

结合k-ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

两相流振荡流动特性的可视化实验研究

为了解决活塞内冷油腔中气液两相流的振荡传热问题,设计并搭建了由柴油机改装的往复振荡实验装置,利用高速摄像技术对内冷油腔实验件中气液两相流的振荡流动过程进行了可视化观测实验,分析在不同转速和液体填充率下实验件中气液两相流在起振阶段和充分振荡阶段的振荡流动形态。结果表明：在起振阶段,气液两相的分界面明显,没有强烈的湍流混合运动,在充分振荡阶段,液体的运动规律及流动形态呈周期性变化;转速主要影响气液两相流的湍流强度,填充率主要影响气液两相流的流动形态。研究结果揭示了内冷油腔中气液两相流的振荡流动规律,可为高强化活塞的结构优化设计提供参考。     

并联管路气液两相流分流实验与数值模拟

为了研究气液两相流在并联立管中的分流状况,在实验室中建立了带有并联立管的气液两相流流动回路。建立了气液两相流分流数学模型,通过数值模拟方法对气液两相流分流进行研究。实验过程中发现了并联立管中三种不同的流动状态分别为弹状流-弹状流、搅混流-搅混流以及弹状流-搅混流。实验结果表明当并联立管中的流动状态为弹状流-弹状流时,两根立管中的压降相同,但是并联立管中的液塞排出并不具有同步性,可能产生偏流状况。在气液流速较高的搅混流-搅混流时两相流在并联立管中始终处于均匀分配状态。介于两者之间的弹状流-搅混流,并联立管中的压降产生较大的偏差,气液两相流流量更倾向于搅混流一侧流出,此时并联立管中产生严重的偏流状况。数值模拟过程中,通过对并联立管出口持液率进行监测,在较低的气液速下两相流并不能够均匀分配,但是在较高的气液速下,两相流始终处于均匀分配,可见所建立的数学模型具有良好的准确性。     

泡沫在裂缝中流动特征的物理模拟

针对泡沫流体的流动特性,设计岩石裂缝模型和可视化裂缝模型,研究泡沫在裂缝中的流动特征并与气液两相流进行对比。研究结果表明:在可视化裂缝模型中,当气液比升高时,气液两相流容易形成气窜带,引起两相流整体流动性增强,而泡沫运移的阻力则出现升高;当流速升高时,气液两相流压力梯度呈现线性增大,而在泡沫中,低速阶段压力梯度增幅较小,高速阶段压力增幅梯度相对增大;裂缝的粗糙度会改变泡沫的微观结构进而影响泡沫的流动特征。在岩石裂缝模型中,当气液比较低时,气液两相流的流动阻力随气液比的增大而升高。当气液比大于2.5后,不同流速下气液两相流的压力梯度均开始随气液比的增高而下降,在不同气液比下泡沫的压力梯度要比两相流的高,不同的注入速度下的泡沫流动的压力梯度均随气液比的增大而升高;当注入速度增大时,两相流及泡沫的流动的压力梯度均基本呈现线性升高。     

不同高径比下气液两相流流场结构的实验研究

气液两相流是好氧曝气过程中产生的一种复杂的气液流动形态,其流型、流态对曝气反应器的运行效率具有重要的影响。本研究使用高速摄影机获得气泡羽流的流场图像,再经图像处理和数值计算来研究气泡羽流的空隙率参数,测得空隙率值在气泡羽流中的分布,并结合羽流摆动频率对不同纵横比下的羽流运动情况进行分析。研究结果表明,当曝气装置纵横比为1.0时,气液两相流的流场分布均匀,频谱稳定,能形成稳定的气液环流,使气泡在液相中的停留时间变长,可以有效地提高氧传质的效率,改善曝气效果。     

基于静电传感器气/固两相流质量流率测量

由于气/固两相流本身具有复杂的流动形态,从流体力学角度分别建立了下行管道传送、上行管道传送和水平管道传送的固相质量浓度的表达式.结合静电传感器互相关技术测量得到气/固两相流的速度参数,根据固相质量流率计算公式和固相质量浓度的表达式,完成了气/固两相流固相质量流率的间接测量.     

绕平板气液两相流数值计算方法

为探究现行多相流模型和湍流模型对通气两相流动的适应性及所体现的数理本质,选取典型的绕平板气液两相流为研究对象,通过对比不同多相流模型、湍流模型对绕平板气液两相流的数值计算结果与实验结果,建立了适用于绕平板气液两相流的数值模型。 结果表明,基于单流体理论的Mixture多相流模型忽略了流场内客观存在的气-液相界面,计算结果不能真实反映实际流动现象,与实验结果不符;Level Set方法由于考虑了气液界面的表面张力的影响,能合理反映气液界面波动的特性,可以获得和实验较为一致的计算结果;滤波器湍流模型在标准k-ε模型的基础上,通过对湍流黏性项的修正,降低了计算流场中的湍流黏度,可以更精细地描述与时间相关的气液多相复杂流动现象,进而有效提高对非定常流动计算过程的预测精度。      

水平管内气液两相族流的流型及其变化规律

在水一空气两相流实验台上对水平管内由切向喷射方法产生的气一液两相切向旋流的流型进行了细致的观测和分析，发现并定义了水平管内两相旋流的５种流动状态，分析了其流动特点；研究了入口气／水流量、旋流强度以及溢流出口溢流现象等因素对流型变化规律的影响，并与无旋两相流的有关研究结果进行了比较．     

垂直气液两相管流中的空隙率波测量

在直径为112.5mm, 长度12m的垂直管中,利用阻抗式空隙率计对垂直气液两相管流空隙率波进行了测量。结果表明连续相表观流速和管径对流态的演化和空隙率波的传播特性有较大的影响。连续相表观流速大,泡状流失稳的临界含气率低;管径大,空隙率波的传播速度高。分析结果表明流动湍流度对流态的演化起非常重要的作用。对空隙率波的分析表明不同流态的空隙率波的PDF和频谱曲线具有不同的特征;含气量越高,空隙率波的频率越趋于单一。     

层流泡状流运动的数学模型

研究在绝热条件下层流泡状流在垂直管段中充分发展段的运动情况。在对气泡受力进行分析的基础上,采用双流体模型及时间平均方法,建立了用于预测空泡率、液相速度等重要参数径向分布的数学模型,并针对实验条件进行了数值计算,计算值与实验数据吻合得很好。计算结果表明,壁面存在的影响是空泡率分布在近壁处产生尖峰的原因。该文提出一种新的壁面存在引起的作用力的表达式,可以较好地预测层流泡状流的运动情况。     

多控特性L阀控制特性的研究

多控制特性Ｌ阀（简称多控Ｌ阀）是在常规Ｌ阀的基础上增加一插入水平段的充气管，通过调节充气管的插入深度来实现Ｌ阀对固体流率的多种调节特性曲线，从而使Ｌ阀的调节特性更灵活，范围也更宽．就多控Ｌ阀进行的试验研究和理论分析表明：通过调节充气管的插入深度并结合常规充气点可实现对固体流率的多条调节特性曲线，大大增加了Ｌ阀的调节范围．     

煤层气同心管气举排水工艺参数的确定方法

煤层气井在产气之前需要进行排水降压作业,同心管气举通过在生产油管中加入小油管,可以为气举提供注气通道的同时,又不影响油套环空作为气井的产气通道。结合固相颗粒在垂直气液两相流中的运移模型,给出了同心管气举条件下,不同粒径煤粉颗粒排出井筒所需要的气液流速条件。通过同心管环空气液两相流压力计算,给出了同心管气举阀安装位置的设计方法,并结合煤层气井排采过程中煤层气井的生产动态特征,给出了注气量的确定方法。对同心管气举排水工艺进行了现场试验,分析了试验气井的实际排采曲线,证明同心管气举排水工艺的可行性,以及气举参数设计的合理性。通过计算排采阶段同心管的气举效率,表明该工艺在整个试验阶段可以保持较高的举升效率。根据煤粉排出的临界条件,判断以及预测煤粉在井底沉积的可能性和时间。     

Phase change driving mechanism and modeling for heat pipe with porous wick

According to heat pipe theory, capillary force is the only driving force for the circle of working fluid in heat pipe with porous wick. By developing a simulating circuit of liquid and vapor flow in heat pipe with porous wick, this paper presents a new driving mechanism which is from phase change of fluid. Furthermore, by analyzing transport process of working fluid between evaporation and condensation interfaces, a mathematical model is developed to describe this driving mechanism. Besides, calculating examples are given for heat pipe with water as working fluid to predict its driving force and flow resistance. By applying the model presented in the paper, thermal design and calculation for heat pipe with porous wick, especially for miniature heat pipe, can be made correctly, and phase change driving mechanism of working fluid can be explained, which thereby leads to a better understanding of heat transfer limitation of heat pipe with porous wick.     

基于子波分析的气液两相流中相的识别

两相流的辨识技术较为困难。用热膜测速仪测量得到气液两相流信号，提出用子波分析的方法从气液两相湍流瞬时脉动速度信号中识别气泡结构的条件采样方法。利用子波能谱分析的能量最大准则，得到了一种用子波分析自动识别气液两相流中气液两相的新方法，该方法避免了人为确定阂值对经验的依赖性。     

水平分层/雾化流中相间滑移特性的理论研究

通过对水平分层／雾化流中液滴和其携带流体间交互作用的分析，提出了一个预测水平分层／雾化流中轴向液滴速度分布以及弥散相和连续相之间相对滑移的理论模型，通过计算获得了两相速度参数及相对滑移参数。计算与实验结果表明：无论是从液滴轴向速度分布变化趋势的定性分析，还是从与实验数据的定量比较来看，建立的模型都是合理的。液滴速度与气相速度分布不同，在垂直方向上液滴的轴向速度近乎呈线性分布。油／气两相流动时气核中液滴与气相的平均滑移比约为0．7。     

蒸发管内气液两相流动的数值计算

双流体模型是最近提出的一种计算两相流的方法,在分别求解两相各自的控制方程时考虑了相间的动量、能量和质量输运。本文使用这一模型并借助大型计算机程序(凤凰程序)对蒸发管内气液两相流进行了计算,得到的结果物理上合理。     

环空管内气—液两相流研究进展

环空管气—液两相流出现在石油开发的许多场合,与圆管两相流相比,对环空管两相流的研究却没有得到足够的重视．自８０ 年代以来,只有Ｓａｄａｔｏｍ ｉ、Ｃａｅｔａｎｏ、Ｋｅｌｅｓｓｉｄｉｓ、Ｈａｓａｎ 等少数研究者对环空管气—液两相流的流型、含气率及压力降等进行了研究．本文对２０ 年来环空管气—液两相流的研究进展进行了一些介绍,并对目前的研究现状进行了评述．     

弹性/黏弹性混合管道瞬变流参数校核方法

为探究弹性管道与粘弹性管道串联混合连接的管道系统瞬变流压力波动的影响规律,设计并搭建了弹性/粘弹性串联混合管道系统瞬变流实验台,分别是镀锌钢管、镀锌钢管与聚丙烯（polypropylene,简称PPR）管混合管和镀锌钢管与聚乙烯（polyethylene,简称PE）管混合管。在不同初始流量情况下,分别对三种管道系统进行了瞬变流实验,基于实验数据,对粘弹性管道瞬变流模型结合一维拟稳态摩阻模型的参数进行校核,并提出了混合管道瞬变流参数校核方法。结果表明：使用粘弹性管道替换部分弹性管道会使得瞬变流压力波峰值衰减幅度下降,钢管/PPR混合管道相比钢管/PE混合管道具有更大的下降幅度。改变初始流量不会引起压力波相位发生改变,其对粘弹性效应产生的影响可以忽略不计。此外,应用一维拟稳态摩阻模型可以较准确地模拟混合管道瞬变流的压力波动过程,本文所提出的混合管道瞬变流参数校核方法可简便且准确地校核混合管道瞬变流参数,为工程中混合管道瞬变流的数值计算提供参考依据。