汽液两相流激波升压过程的实验研究

采用实验的方法对汽液两相流激波升压的过程进行了研究 .汽液两相流激波升压的实验装置由蒸汽喷嘴、混合腔及相应的阀门和管道组成 .实验研究了不同的混合腔喉部直径、喷嘴前的蒸汽压力、升压装置的进水流量下升压的特性 .实验结果表明 ,汽液两相流激波升压的最大无量纲升压系数为 2 4 ,混合腔喉部直径增大 ,其升压效果下降 .引射率及蒸汽压力增加 ,其无量纲升压系数都将增加 .这些结论对汽液两相流激波升压装置的进一步研究及应用具有一定的意义汽液两相流激波升压过程的实验研究@刘继平$西安交通大学能源与动力工程学院!710049,西安 @…     

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。     

汽液两相流激波升压特性的研究

对实现汽液两相流激波升压的机理进行了详细研究,利用质量,动量和能量守恒方程建立了其升压性能的计算数学模型,在此基础上,分析了影响其性能的主要因素,并定量计算了升压效果与各影响因素之间的关系,最后,通过实验对理论模型的计算结果进行了验证,实验结果表明：汽液两相流激波升压效果随低压进口水 的增加而降低,随混合腔出口截面积的减少而增加,随高压蒸汽压力的增加和低压进口水流量的增加均有一个最佳值,本实验得到的升压比最高可达2．1：1。     

基于直接接触凝结理论的汽液两相流升压模型

针对汽液两相流升压装置利用经验模型计算的过程中,仅能对出口压力进行计算,且计算值与实验值有较大误差的弱点,提出了用直接接触凝结（DCC）的理论求解汽液两相流的一维理论模型。计算升压装置的最大出口压力,分析其他参量的变化规律。结果表明,汽液两相流在凝结激波前为泡沫流,在凝结激波后完全凝结成单相水的情况下,升压装置的出口压力达到最大值。     

变截面通道内超音速两相流升压过程的研究

通过对超音速汽液两相流在变截面通道中的升压过程的实验研究，得到了变截面通道内超音速汽液两相流的压力分布规律。实验结果表明，变截面通道中超音速汽液两相流的压力分布与出口压力、进水流量无关，而主要的影响因素是进水温度和进汽压力，同时超音速汽液两相流在变截面通道的渐缩部分的压力可以近似认为不变，凝结激波发生在变截面通道的喉部等，这些研究结果对该技术的进一步理论研究和应用均具有重要意义。     

超音速汽液两相流升压装置用于供暖系统的性能改进研究

根据不同地区供暖系统对供回水温差的要求绘制出了最小供回水温差曲线,发现随着室外计算温度的升高,供回水最小温差由6 37℃逐渐增大至14 13℃;某一确定地区供暖系统供回水温差随着室外温度的升高而降低.当现有超音速汽液两相流升压装置应用于供暖系统时,针对其存在不能满足整个供暖期供回水温差要求的问题,提出了采用两级进水对现有升压装置进行性能改进,根据质量、动量和能量守恒方程建立了其升压、加热性能计算数学模型,计算并分析了其用于供暖系统的性能.研究与计算结果表明:当进汽压力在0 3～0 6MPa之间变化时,两级进水超音速汽液两相流升压装置的供水压力高于0 4MPa,供回水温差在14～25℃之间,满足供暖系统的要求.     

水平管顶部破口入口蒸汽含汽率

以高压汽液两相流为工质，采用γ射线衰减技术，在西安交通大学高压汽液两相流实验台架上进行了水平管顶部破口入口蒸汽含汽率的实验研究，对高压饱和水的γ射线衰减规律的标定表明，其质量减弱系数基本上为常数，获得了破口入口蒸汽含汽率与无量纲数ｈ／ｈｂ的关联式。发现在水平管破口入口区域，由于两相工质的加速引起的Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ效应，导致破口入口压力有较大的降低，这一点对预测流过破口的临界质量流速影响较大。     

矩形通道内蒸汽射流凝结换热面积的实验研究

针对超声速气液两相流升压装置内高速蒸汽射流凝结现象,在蒸汽质量流率为200~600kg·m-2·s-1、入口过冷水质量流率为4~18t·m-2·s-1、入口过冷水温度为20~50℃的条件下,使用矩形截面蒸汽喷嘴和混合腔进行了可视化实验研究;采用热平衡相变模型计算了蒸汽射流凝结的换热面积,给出了换热面积随汽水参数的变化规律,并建立了预测归一化换热面积的实验关联式。研究结果表明:蒸汽喷嘴截面形状对射流凝结流场结构影响不大,气液两相区是蒸汽凝结的主要区域,蒸汽在气液两相区内以小气泡的形式与过冷水完成能量交换,换热面积随蒸汽质量流率和过冷水温度的增加而增加,随过冷水质量流率的增加而减小。实验中测得的换热面积在2.4×10-3~7.8×10-3 m2之间,换热面积实验关联式预测值与实验值的误差在±10%以内。本文研究结果对超声速气液两相流升压装置的优化设计和安全运行具有重要意义。     

自升压蒸汽动力循环的理论研究

采用超音速汽液两相流升压加热技术，回收透平抽汽对液态工质加热过程中损失的部分有用能完成升压，从而代替泵和回热加热器，与锅炉、汽轮机及凝汽器等构成自升压蒸汽动力循环，其效率比初终参数和回热级数相同的蒸汽动力循环提高2．6％．由于回热系统无面式换热器，因而锅炉给水在加热过程中不接触铜质换热面，消除了高压蒸汽含铜的现象，也避免了杂质在透平通流部分的沉积，提高了可靠性。回热加热过程不受不凝结气体和结垢的影响，也不产生疏水，从而简化了回热系统，减小了系统体积。     

汽液双循环相平衡测定装置

建立了一套汽液双循环相平衡实验测定装置，并采用了磁力循环泵循环汽液两相流体、六通阀在线取样分析样品。装置具有平衡时间短、对测定体系和条件适应性广的特点。用已知体系的汽液平衡数据验证了装置的可靠性。并测定了正戊烷-苯体系30℃和55℃的等温汽液相平衡数据，用Wilson和NRTL活度系数方程对测定的汽液相平衡数据进行了关联，Wilson方程的汽相组成平均误差为0．0065，NRTL方程的平均误差为0.0073。     

低温乏汽回收利用装置的结构参数研究

通过实验研究了收缩角,喉嘴面积比和汽、水喷嘴面积比3个结构参数变化对低温乏汽回收利用装置性能的影响规律.研究发现存在最佳汽、水喷嘴面积比使装置的性能最好,但不同进口工质参数下的最佳汽、水喷嘴面积比值不同;随着收缩角(14°~22.7°)的增大,引射系数逐渐降低,而阻力系数呈现出升高的趋势,并且不同收缩角对应的最佳汽、水喷嘴面积比值随着收缩角的增大逐渐减小;引射系数随着喉嘴面积比(1~5.44)的增加而升高,阻力系数却先降低后升高.这些研究结果为低温乏汽回收利用装置的优化设计和工业应用奠定了基础.     

喷嘴调节锥对水蒸气喷射泵性能影响的数值模拟

喷嘴的喉部面积大小对水蒸气喷射泵性能至关重要，提出了一种可调式喷嘴结构，通过调节锥位置改变来调节喷嘴喉部面积，以此作为计算模型，数值分析了调节锥位置对喷射泵性能的影响.比较了不同调节锥位置条件下水蒸气喷射泵内部的速度场、轴线压力分布、近壁面流场迹线.结果表明，在相同的工况下，调节锥位置可以显著影响喷射泵的性能，随着喷嘴喉部面积的减少，喷射泵内部的激波位置向入口方向偏移，强度持续减弱，边界层脱离现象先减弱后增强，当调节锥位置处于喷嘴喉部后15mm附近，喷射泵性能达到最佳值.     

水工质微波等离子推力器喷管流场及推力性能研究

采用Delaunay方法生成三角形单元的非结构网格离散计算区域,利用格心有限体积法对水工质微波等离子推力器喷管流场和推力性能进行了数值模拟.揭示了水工质微波等离子推力器喷管的流动规律.研究结果表明:在喷管入口压强为0.35 MPa时,增加工质气体的总温,可以提高推力器的比冲,同时推力的变化很小.在收敛角和扩张角不变的情况下减小喷管喉径,能够略微提高推力器的比冲.而推力器腔体内压强变化很大.保持喷管喉径和出口直径不变,在喷管扩张半角从10°增大到40°的过程中,推力器的比冲和推力先增大后减小;扩张半角为17°时,推力器性能最佳.     

焙烧炉新型燃烧器燃烧特性的数值模拟

对一种用于焙烧炉的新型燃烧器的燃烧过程建立了二维旋转轴数值计算模型,采用数值模拟的方法研究了燃气入口速度和喷口与喉部直径比对其燃烧特性的影响.结果表明,燃烧室内最高温度随燃气入口速度增大而升高.当燃气入口速度一定时,随喷口与喉部直径比的增大,火焰形状由梨状变为燕尾状,燃烧室内最高温度先降后升.火焰长度随燃气入口速度的增大而增长,随喷口与喉部直径比的增大而缩短.     

前混合磨料水射流连续加料系统设计与实验研究

针对现有前混合磨料射流系统不能实现磨料连续供给的问题,提出利用射流泵原理抽吸和混合磨料实现连续加料的新思路,即利用有压水从射流泵喷嘴以一定速度喷出而引起的负压场卷吸磨料进入射流泵内的混合腔,并与水混合后经喉管和扩散管进入高压胶管,最后经切割喷嘴加速后喷出,形成连续磨料水射流。为使系统性能最优,分析了连续加料系统的结构组成及工作原理,并设计了系统的结构与尺寸;运用数值模拟方法对影响连续加料与射流性能的主要因素——切割喷嘴与射流泵喷嘴面积比进行优化设计,分析了其对系统性能的影响规律,确定了其最优取值范围;通过室内压力测试、连续加砂及切割试验对系统性能进行了验证,结果表明,在合适的面积比结构下,该连续加砂系统在磨料入口能形成负压及足够的压力梯度,将磨料吸入并加速,且在切割喷嘴端仍然保留足够的静压转化为动能,实现前混合磨料水射流的连续高效作业。     

基于CFD评估蒸汽喷射泵的抗背压能力

通过蒸汽喷射泵喉部出口截面单位体积流体的动能e评估蒸汽喷射泵的抗背压能力.利用计算流体力学(computational fluid dynamics，CFD)方法研究喷射泵几何参数——喉部直径d、混合室角度θ和喷嘴出口位置s对蒸汽喷射泵抗背压能力的影响，以及e与蒸汽喷射泵抗背压能力之间的关系.结果表明:随着d或θ的减小，或s的增大，都会导致e增大，此时蒸汽喷射泵抗背压能力增强；当d，θ及s变化时，e可作为评估蒸汽喷射泵抗背压能力的指标.     

可调式引射器内流动的数值计算

在对可调式引射器结构和流动特点进行分析的基础上,建立了其内部流动的数学模型.给出了可调式引射器工作流体和引射流体入口、引射器出口的边界条件以及初始条件,并进行了相应的数值处理.用PHOENICS软件对可调式引射器内部流动进行了数值模拟,得出了可调式引射器内部流场分布、不同截面比下从喷嘴出口到扩散室出口之间轴线上的压力分布、引射比随喷嘴截面积变化的曲线,数值计算结果与理论结果较为吻合.