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。     

垂直管道低温汽液两相流流型识别的实验研究

采用直接可视化方法和压力信号的功率谱密度分析方法对低温垂直管道中液氮-汽两相流的流型判别进行了实验研究.通过采集实验管路上不同位置处的压力信号,对其进行功率谱密度分析,并由此推断两相流的流型,同时与高速摄像机拍摄的流型进行对比.结果表明,在常温汽液两相流流型识别中应用的功率谱密度分析方法也可用于低温两相流的流型判别.通过改变热流密度发现,对于不同的热流密度工况,都可以使用功率谱密度分析方法判断管内低温两相流的流型.     

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。     

引射混合式低压加热器加热特性的实验

采用实验方法研究了由水喷嘴引射压力为0.18～0.22 MPa的水蒸汽时,所形成的汽液两相流的混合加热特性.实验表明在该进汽压力下,引射混合式低压加热器可稳定、可靠地运行,且温升效果明显,能满足电力、供暖、轻工等许多行业蒸汽加热的要求.特别是在单级引射加热不能满足要求的条件下,可以采用双级引射加热,双级在加热能力上比单极提高了20%.     

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。     

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     

水平加热管束间三维汽液两相流特性的研究

针对卧式火管式蒸汽发生器的结构特点,对水平加热管束间的三维汽液两相流特性进行了实验研究。用单探头和三探头单纤光导探针分别测定了加热管束间的空泡份额分布和汽相速度分布。开发了三维汽液两相低雷诺数湍流漂移数学模型和相应的数值计算方法。为计算漂移数学模型中的汽相速度,综合考虑了重力和流体本身的加速作用对汽相漂移速度的影响,故该漂移数学模型可用于分析多维汽液两相流。计算结果与实验测量值符合良好,证明该数学模型是正确可靠的。     

环形窄缝通道内流动沸腾干涸点的研究

在间隙为1 05mm和1 55mm的垂直环形窄缝通道内,以去离子水为工质,对内、外管通电加热,进行了环形窄缝通道内干涸点的实验研究.实验压力范围主要为2～4MPa,质量流速为40～80kg·m-2·s-1.由内、外管热流密度的比值得到了出现干涸点的判据.实验中还研究了压力、质量流速和进口条件对干涸点处含汽率的影响.实验表明,当对外管单面加热时,发现质量流速增大,临界含汽率减小;当进口含汽率增大时,临界含汽率增大;在相同的情况下,外管出现干涸时的截面含汽率大于内管出现干涸时的截面含汽率.根据实验数据对原苏联古塔杰拉奇圆管的干涸点公式进行了修正,得到了适合于计算环形管道干涸点的经验关系式.     

变截面微小通道的传热特性

为研究变截面微小通道的流动和传热特性，设计了9种不同微小尺度的变截面通道。采用实验研究的方法，得出了流体在变截面微小通道中的传热特性以及与常规尺度通道的差异，分别比较了通道的进出口宽度比、高宽比对变截面、微小尺度通道传热特性的影响，根据实验结果得到了描述水在变截面微小通道中的流动及传热特性的无量纲关联式。     

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．     

汽液两相流激波升压过程的实验研究

在不同的混合腔喉部直径，喷嘴前蒸汽压力，进水流量下，实验研究了汽液两相流激波升压装置的特性，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；混合腔喉部趱戏增大，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大，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。     

喷管内高速流动天然气相变特性数值研究

在超声速旋流天然气分离器中,气流经过拉伐尔喷管绝热膨胀形成带液滴的超声速低温混合气流,喷管内的相变是实现天然气分离的关键.根据相变理论、气体动力学理论并考虑了实际气体的影响,建立了描述有相变的喷管中天然气高速流动的数学模型.研究了喷管内有相变的天然气的流动特性;计算了不同入口条件下的相变起始点位置和水蒸汽的凝析率;分析了当喷管入口温度一定时,相变起始点、水蒸汽凝析率与入口压力的关系.计算结果表明,随着入口压力的升高,相变起始点位置逐渐前移,水蒸汽凝析率逐渐增大,建立了一种预测超声速旋流分离器正常工作压力范围的方法.     

超声速旋流天然气分离器的旋流特性数值模拟

与传统的低温分离工艺相比，超声速旋流天然气分离器是天然气处理工艺技术的一大创新。在超声速旋流天然气分离器中，气流经过拉伐尔喷管绝热膨胀形成带液滴的超声速低温混合气流，在超声速翼的作用下混合气流由轴流转换成旋流，实现超声速旋流分离。超声速翼是实现气液分离的关键部件。设计了三角薄板型超声速翼，并利用CFD软件对超声速翼段内气流温度、压力、马赫数等特性参数的变化规律和翼段沿主流方向切向速度的变化情况进行了分析。结果表明，在所设计的超声速翼段内，气流能始终保持超声速，翼段出口马赫数为1．4，翼前无激波产生；分离器的旋流加速度最高在572000g，可实现良好的超声速气液旋流分离。     

高超声速喷管中水蒸气凝结的数值研究

我们针对高超声速燃烧加热风洞喷管流动的大扩张比、高马赫数、高低温气体并存和高水蒸气含量的特点,发展了兼顾高温气体效应与水蒸气非平衡凝结过程影响的有限体积计算方法,对伴随水蒸气凝结的喷管流动的机理开展了数值研究.计算中,凝结模型采用Hill矩方法进行模拟.数值分析着重关注喷管进出口气流的参数变化.结果表明,燃烧加热风洞的凝结问题计算中,应考虑高温气体效应的影响,以保证结果的合理性;随总温、水蒸气含量等参数的不同,喷管流动中的凝结现象会呈现明显不同的特征,适量的水蒸气含量和较低的总温会使得凝结后的流场参数发生显著改变.     

压力比对高压SF6断路器喷口中冷态气流场影响的研究

为了辅助高压SF6断路器灭弧室的设计和优化,以拉法尔喷口结构为基础,对3种长度喷口结构下的冷态SF6气流场进行了数值计算和分析,通过对比压力与马赫数的变化特点,研究了上、下游压力以及喷口长短对气流场分布的影响.确定了3种长度喷口对应的临界压力比值,并着重分析了压力比与激波产生和运动之间的关系,讨论了物性参数所引起的计算误差.结果表明:不同长度的喷口结构,临界压力比不同,当上下游压力比低于临界值时,喷口中产生激波,反之则无激波产生;激波的位置随着压力比以及喷口的长度而变化;当喷口下游气体始终处于超音速流动时,出口压力与设定值无关,仅随着入口压力的增加而增大.此外,有效地导入气体属性能够降低数值仿真中的误差,提高仿真结果的精度.     

后混合水射流喷丸喷头内流数值模拟

为研究玻璃珠弹丸在后混合水射流喷丸喷头内的运动轨迹和速度特性,根据液固两相流动的拉格朗日离散相模型,应用FLUENT软件对喷头内液固湍流进行了数值模拟,得到了连续相的轴向速度和轴向动压强,获得了弹丸的运动轨迹和弹丸的轴向速度随行程及时间的变化规律.结果表明,连续相在喷头混合室入口处存在环形回流区,在混合室内呈非对称流动...     

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.     

亚临界CO2在缩放喷管中降压膨胀的数值模拟

忽略两相间的滑移速度,采用Fluent中的混合模型对亚临界CO2过冷液体进入缩放喷管降压膨胀产生气泡的两相流动过程进行了二维数值模拟.其中,气液两相间单位体积内的质量传递率采用空化模型理论进行计算.计算工况如下:喷管液体CO2进口压力为61MPa,温度为29315K,喷管出口为两相状态.计算结果显示,CO2工质流经喉部时,压力急剧降低,相间的质量传递率达到最大值,CO2工质发生相变;工质进入扩散段后,随着压力降低,气体份额不断增大,喷管出口压力为165MPa时,气体体积份额约为093.数值模拟值与实验值对比结果为,计算压力与实测压力值最大误差不超过101%,计算温度与实测温度值最大误差不超过19%.数值模拟揭示了亚临界CO2在喷管中的气液两相膨胀过程.     

冲压增程弹用进气道试验与数值研究

对某冲压增程弹用超声速双锥进气道流场特性进行研究,在风洞试验中得到合理的流场结构图谱及试验数据.采用块结构网格与二阶精度流场分区求解技术,对该超声速进气道内外流场进行数值研究.通过数值模拟得到了对应于不同出口反压和攻角情况下,超声速进气道内外粘性流场复杂的波系结构,分析了进气道内外流场的形成过程.结果表明:数值模拟得到的流场结构波系图与风洞试验纹影图一致,并且进气道扩压段静压分布以及进气道出口位置的总压分布与试验结果基本一致.