有压输水管道系统气液两相瞬变流研究综述

综述一个多世纪以来，有压输水管道系统中有关气体释放、空穴流及液柱分离，计算分析方法，水锤防护及实验研究等方面的主要研究进展，并提出还需对气液两相瞬变流基本理论，空气进排气阀的特性，截留气闭的动态特性和动力特性，实际工程优化设计理论等诸多方面进一步研究。     

气液两相流体涡街中旋涡结构的特性研究

以水－空气两相流体为工质，研究了垂直向上两相流体横向冲刷准三角柱时的涡街特性及涡街结构．试验段管子内直径为５０ｍｍ，水流量为２５．８～１４ｍ３／ｈ，截面含气率为０．０２～０．３０．得出了两相流体中涡街频率、水流量、截面含气率三者之间的关系．测出了尾流中涡街的流动结构     

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。     

气液两相流中液速的电化学测量

理论推导了扩散电流与液速的模型方程,得到了解析解。以此为基础,进行了气液两相中液速电化学测量仪的开发与研究,对电极的材料、形状进行了优选,对电极插入流场而引起的测量偏差进行了补偿,开消除了气相的干扰。应用该注速测量仪研究了下喷环流生物反应器中的液速分布,证实了该气液两相流中液速测量方法的可行性。     

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。      

倾斜上升气液两相弹状流模型

基于等效弹单元思想,发展了一组方程,以此来预测生趣及近垂直倾斜上升管中充分发展气液弹状流的流动特性,模型中考虑了界面切应力对液膜运动的影响;并在液弹空隙度预测中引入临界气体夹速度的概念,以此来描述弹状流中在在气泡尾部的混合特性,本文提出的模型这径对液弹空隙度的影响,弹状流模型的计算结果得到实验的验证。     

液幕状气液两相流传热特性的实验研究

针对强化脱硫塔内气液两相流的传热与传质，建立了一种新的气液两相流型——液幕状气液两相流．根据该流型的特点，进行了气液两相传热实验，分析了气液两相流中的温度场分布，并研究了传热系数与液气比之间的关系．结果表明：无论顺流或逆流，在空气流速一定时，传热系数都随着液气比的增大而减小，并且液幕顶部是传热效果最佳的位置，可以组织多层液幕来降低工业成本．得到的传热系数与液气比之间的关联式为工程设计和更深一步的研究工作提供了技术标准．     

非均相流模型在气液两相流动计算中的应用及评价

为评价非均相流模型在气液两相流动计算中的应用,分别采用均相与非均相多相流模型,对方腔通气和平板通气模型的气液两相流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比. 结果表明:相比均相流模型,非均相流模型能较准确计算气相的受力,预测气相的非定常流动过程,所得结果能较精确捕捉方腔中气泡束的周期性摆动和平板上方气泡的周期性断裂、上漂现象;非均相流模型能较好地预测速度场分布,同时能更好地预测压力场的非定常性变化.      

管道内气液两相泡状流k—ε—kg—εg模型

从标准的单相湍流k-ε模型出发,提出了一个任意非正交曲线坐标系下模化管道内气液两相泡状流的k-ε-kg-εg模型。在该模型中,气泡湍动能的耗散受其自身耗散方程的制约,并全面考虑了气泡湍动能本身的对流、扩散、生成和耗散以及与液体之间的耦合作用。该模型在理论上比k-ε模型和k-ε-kp模型更加完善。采用该模型的数值模拟结果与试验数据吻合良好,二者相对误差在计算范围内不超过20％。     

弯管中的气液两相流水击现象

以 90°弯管为研究对象 ,对气液两相流水击压力波在弯管中的传播和衰减规律进行了实验研究 .实验弯管采用曲率半径与管径比R /d分别为 1.9,2 .5 ,3.2 ,3.8;含气率范围为 0～ 1.7% ;表观液速为 0 .2 3～ 1.6 4m/s .得出了弯管中内外两侧不同部位水击压力及其随含气率、流速变化的规律 .压力波在弯管中的传播与在直管中差异很大 ,弯管外侧压力明显大于内侧 ,在弯管出口与入口直管段处两侧压力相同 ,形成压力环 .压力环形状受含气率影响最大、表观液速次之、曲率半径影响最小 .经过弯管后水击压力有不同程度的衰减 .随着气含率的增加 ,压力衰减加快     

基于ALE方法的油水两相流固耦合模型研究

文章应用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)对油水两相流固耦合问题进行了研究;详细推导了ALE描述下的两相渗流与变形多孔介质的耦合数学模型方程,解决了孔隙骨架变形介质与渗流方程的统一描述问题;通过编制相应的ALE有限元程序,分析了注水驱替过程,检验了所提出的模型及相关数值算法.对该模型方程讨论发现,若取ALE网格移动速度为岩层骨架变形速度将简化两相渗流方程,降低数值求解难度.     

双流体模型在高浓度含沙水流模拟中的应用

在水利水电工程中, 泥沙经常会带来负面影响, 需采用合适的研究方法来分析泥沙运动规律. 针对高浓度水沙流动的特殊性, 选择双流体模型统一描述悬移质和推移质泥沙的运动. 该模型不仅考虑了水沙两相之间的相互作用, 同时考虑了颗粒之间的相互作用及两相体积分数的脉动效应. 以Coleman 实验结果为参考, 验证了模型的可靠性. 最后使用模型预测了某引水式电站沉沙池泥沙的沉降情况.     

层流泡状流双流体模型的积分解法

为弥补用于泡状流双流体模型的直接离散差分解法无法比较直观地揭示流场成因的缺陷,针对最基本的泡状流(垂直圆管内充分发展段层流泡状流)提出了一种双流体模型解法——积分解法。首先通过对双流体模型进行符号积分,得到表示该模型的近似解析解,然后再用数值方法迭代求得数值解。该积分解法得到的近似解析解比较直观地表明:液相轴向速度主要与阻力、浮力和空泡率有关,而空泡率则主要受升力和壁面力的影响。数值解与实验数据基本吻合,预测精度一般不低于75%。     

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。     

盐析两相流场中PDPA测量方法

研究了在盐析液固两相流动中,盐析晶体颗粒流体动力学特性及其与流体非平衡性试验.在分析盐析两相流特点,总结两相流场测试方法的基础上,认为相位多普勒粒子分析仪(PDPA)是最合适、有效的盐析两相流测量仪器.结合管流及叶轮机械中的应用实例探索PDPA在盐析两相流测量中的方法,提出测量中需解决的关键问题:非球形颗粒测量、液固两相运动区分、测量窗口、旋转叶轮测量的周向定位、两相三维速度测量等,并给出了解决措施.给出部分测量结果,并进行了测量误差分析.为盐析流动机理的研究提供了一种有效、准确的试验手段.     

基于两相流模拟的高抗堵滴灌灌水器开发方法

提出了一种基于两相流(水和固相物)数值模拟并结合快速原形/快速制模(RP/RT)技术的滴灌灌水器快速低成本开发方法,辅助新型灌水器设计与开发.对比传统的开发方法,该方法不仅保证了灌水器高的抗堵塞性能,而且其开发成本和周期均降低超过70%以上.灌水器内流场两相流模拟采用了分离相模型,不仅可视化了水流场微观特性,而且得出了固相物在灌水器内流场水流中的流动轨迹及固相物在灌水器中密度分布,为灌水器的结构优化提供了直接的依据.采用RP/RT制模制作实验样件,保证了样件材料与注塑产品的一致性,提高了定型精度.     

基于耦合模型的电容法两相流相含率测量性能分析

对于电学法多相流参数检测系统,电学传感器的结构是影响测量系统性能优劣的关键因素之一。目前,常采用静电场仿真或大量的实测试验来选择传感器结构及参数,然而,静电场仿真只能研究传感器的静态电学特征,并不能结合实际的多相流流动特性,且试验验证需要消耗大量的人力、物力及时间来应对不同对象及应用条件。针对以上问题,该文采用一种流场-电场耦合的三维动态仿真方法,建立混合流体的分布状态与电学传感器输出信号变化之间的关系,结合多相流流动特性综合评估传感器系统的测量性能。该耦合模型以气固两相流相含率检测为研究对象,分别对3种传感器系统的灵敏度和相关系数进行量化分析,以评估它们的测量性能,并在搭建的气固两相流相含率测量平台上验证该耦合模型的有效性。     

双流体模型模拟喷涂飞行区内的速度分布

文章基于双流体模型,并采用ANSYS/CFD多组分传输包分析了颗粒群与压缩气流相互作用下喷涂飞行区内的速度分布。结果表明,双相流的速度分布与单独压缩气流的速度分布大致相似,即在开始的一段喷涂距离内速度降低很快,随后趋于平缓;而在相同的喷涂距离下,与喷涂轴线的夹角越大,其所对应的速度越小。但在喷涂入口处,双相流速度分布具有一段明显的加速段。     

一种气固质量流量检测方法的实验研究

介绍了热式多传感器信息融合的气固质量流量检测方法的实验研究情况；给出了实验系统方案和实验测量装置的硬软件设计，实验结果分析说明，该检测方法通过复合传感器可以同时测量气体流速，粉体浓度和各处温度，经过数据处理就可以测得气固质量流量。