水平管内环状流下两相强制对流蒸发的理论研究

分析了液膜内动力和换热特性,提出了一种环状流下的两相强制对流蒸发的６层速度分布模型,并利用比拟理论进行了分析和计算,预测其换热系数,通过与数据对比,结果表明预测值与实验数据有较好的一致性。     

一种测量环状流液膜参数的传感器研究

在分析现有的测量技术的基础上,将近红外在线分析技术引入两相流测量领域,通过Fluent实验仿真分析导光管对流场的影响,构建基于近红外吸收技术的液膜参数测量传感器。根据近红外光谱吸收原理、功率谱测频和互相关测速算法等实验数据处理方法实现气液两相环状流液膜厚度及波动参数的测量。研究结果表明：该测量传感器具有非接触性、适用范围广等特点,可以有效反映局部液膜厚度随采样时间的变化,以及准确测量液膜波动参数,为研究气液两相环状流传质传热以及流动特性提供了一种可靠的实验测试方法。     

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。     

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。     

大管径水平管气液两相分层流和环状流持液率模型

为得到准确的大管径水平管气液两相流的持液率预测模型,采用室内实验模拟和理论分析相结合的方法,研究了大管径水平管气液两相分层流和环状流持液率计算模型。结果表明:Barnea流型图不适用于大管径条件下的持液率大于0.1的流型判断,持液率随着气体表观流速增加而减小,随液体表观流速增加而增加。以双流体模型和Xiao模型为基础分别给出了分层流和环状流持液率计算新模型,持液率新模型对实验持液率的预测准确,平均绝对误差为5.9%,较现有5种持液率模型有了较大提高。     

应用强制环状流的湿气双参数测量方法

针对湿气中液相含量测量困难以及湿气流型对测量精度影响较大的问题,首先设计了一种由旋流器和文丘里管喷嘴组成的湿气双参数测量装置。该装置利用旋流器将湿气调整成强制环状流,引入了用强制环状流状态下文丘里管喷嘴节流压差与离心压差之比表示的无量纲数M,分别确定了湿气虚高和液气质量流量比与M和气相弗劳德数Frg之间的关系,进而建立了湿气双参数测量模型。通过数值模拟对测量装置内的流场特性进行了分析,并搭建室内实验平台对建立的湿气测量模型进行了验证。实验结果表明:在气相弗劳德数为0.7～1.5以及Lockhart-Martinelli数为0～0.2的范围内,湿气气相流量测量误差在±3%以内,液相测量误差在±10%以内。该测量方法将为工业生产中湿气的实时测量提供一种新的思路,具有一定的工程意义。     

垂直管中向上气液两相环状流主要参数计算方法

在分析垂直管中向上气液两相环状流流态特征的基础上,利用二相流理论及Wallis相关经验公式,推导出了垂直管中上升两相环流参数的计算公式.与其他方法计算结果对比,此计算方法可以较准确地计算出环状流重要参数,计算结果与实测数据较吻合.该分析计算方法简单易行,可通过简单的计算机编程实现.该方法可用于天然气井的排水采气生产以及油井生产中环状流的分析计算.     

水平管内气液环状流液膜及扰动波特性

针对重力引起的水平环状流液膜厚度沿周向分布的不对称性,用5组双平行电导探针测量了周向5个角度处的瞬态液膜厚度随时间的变化.分析了平均液膜厚度沿周向的分布及其随气、液折算速度的变化特性.运用时频分析方法研究了环状流扰动波信号的概率密度函数、概率分布函数、自相关函数、互相关函数以及功率谱密度函数的基本特征,揭示了扰动波的特性及其沿周向的频率分布规律,为水平环状流液膜厚度的预测模型提供了实验依据.     

基于非均质多相流模型的液舱晃荡数值模拟

应用非均质多相流模型对不同装载率和激励频率下矩形液舱的横摇晃荡运动进行了数值模拟.分析了液体重心的横向和纵向运动情况,计算了不同工况下自由液面形状与速度场分布以及舱壁测点处压力的时间历程和相应的功率谱密度.模拟结果与均质模型计算结果和试验结果的对比分析验证了非均质模型在模拟液舱晃荡时的优越性.     

偏心环状管流的数值模拟

在全面调研了国内外关于偏心环状管道层流的研究文献之后,发现几乎都利用经验公式或近似估计式进行水力计算,这与石油工业中的广泛应用不相适应。根据流体力学中N-S方程对层流的描述,再结合力学理论,对偏心环状管流的界面提出严密而科学的界面耦合条件,得到了完整描述偏心环状管流的适定的偏微分方程组,然后通过数值模拟,得到了偏心环状管流的数值解。     

双流体雾化喷嘴的液膜模型

双流体雾化喷嘴出口的气液流动可认为是非充分发展的环状流动,借助已有的气液两相流模型无法准确描述其液膜形成过程。为此,该文基于环状流假设,分析比较了3种不同的滑移比模型对液膜厚度和液体质量流率的预测特性,并与实验数据进行比较。结果表明：无滑移模型对液膜厚度的预测值偏低;而基于充分发展环状流假定的Ishii经验关联式模型对液膜厚度的预测值偏高;根据实验数据提出的滑移比模型,考虑了环状流不充分发展的特征、气液质量比（gas to liquid mass ratio,GLR）和入口压力的影响,能够准确预测喷嘴的流量特性及液膜厚度。     

箭型排布的矩形微槽平板上液膜流动特性

光滑平板降膜受表面张力和接触角的影响易收缩成溪流,导致传热表面出现干斑,为解决这一问题,提出箭型排布的矩形微槽平板。通过可靠的computational fluid dynamics（CFD）计算模拟两相流理论,建立三维非稳态平板降膜数学模型,研究了箭型排布的矩形微槽平板上的液膜流动特性,并探究了微槽宽度、深度及箭型夹角对液膜在平板上铺展效果的影响。结果表明：箭型排布的矩形微槽可有效增大液膜在平板横向的铺展面积,使液膜润湿面积增大,减少平板表面干斑;在120°箭型结构下,矩形微槽最优参数为宽0.5 mm,深0.3 mm,此时可将比湿面积由光板表面的62%~89%提高到84%~94%;低雷诺数时,120°箭型结构对液膜横向铺展引导效果显著,雷诺数增大时,90°箭型结构引导效果更好。     

PSC型旋风管内气相流动的实验与数值研究

采用实验测量与数值模拟相结合的方法对PSC型旋风管内气相流动的三维流场进行了研究。结果表明，用雷诺应力湍流模型对流场的模拟计算与五孔球探针的测量结果基本相符，二者均证实PSC型旋风管内带有开缝结构的导流锥和排尘锥能够实现有效的气固两相流动控制，改善流动分布状态，有利于分离性能的提高。     

两流连铸中间包换包过程多相流动及钢液二次氧化的数值模拟研究

连铸中间包在生产过程中起着调节和均匀钢液成分、稳流分流以及连铸衔接的作用。然而,在中间包换包非稳态过程中钢液液面波动剧烈,使得钢液裸露造成二次氧化,降低了钢产品质量。本文通过建立三维数学模型计算了中间包换包过程中60 t两流连铸中间包内钢液–渣–空气多相流动,并在此基础上耦合二次氧化模型研究了再充包过程由于钢液裸露引起的二次氧化以及溶解氧从渣眼扩散到钢液中的过程。讨论了不同再充包速度下钢液的二次氧化和溶解氧的扩散。研究结果表明,在钢包更换的高速再填充过程中,入口速度的增加与会使渣眼面积增加,同时进入中间包的溶解氧总量也会增加。再充包过程入口速度为3.0 m⋅s–1工况二次氧化最严重,中间包内钢液的平均溶解氧质量分数增加了0.000145%。相比之下,入口速度为1.8 m⋅s–1工况的平均溶解氧质量分数增加了0.000035%。定量对比换包过程溶解氧含量的增加以及换包过程中钢液的暴露时间,入口速度为1.8 m⋅s–1工况二次氧化影响最小。因此,更换钢包时应该降低浇注速度。     

竖直平板表面流动液膜厚度的实验研究

液膜厚度是研究液膜流动特性的重要参数,为了得到液膜流动过程中厚度的变化规律,对竖直平板表面上由重力驱动的水膜流动进行实验测量。自主设计并搭建降液膜流动实验台,利用电容式液膜测厚仪统计分析层流流动,距离入口25cm处的流动液膜厚度随时间的演化状况。实验结果表明：在时间域上,观测点的液膜厚度值不断发生变化。Re=297时,0至70 s内的流动液膜的波动性平稳,厚度平均值接近168.5um 。Re=462与Re=627时,在0至40 s时间段内波动较强烈,40至70 s的液膜流动趋于平稳状态。Re=814时,所测时间段0-70 s,液膜波动较剧烈,波动幅度增大。液膜厚度与雷诺数呈正线性相关关系。当Re=814时,每个时间点的液膜厚度在360um以上,高于其他三种不同雷诺数时的液膜厚度。高雷诺数时液膜的波动状况更加剧烈,减小雷诺数有利于形成光滑的液膜。从侧面体现出流动液膜具有不稳定性。     

气幕旋风排风罩流场的数值模拟

利用Fluent软件对气幕旋风排风罩流场进行了模拟,采用标准k-ε紊流模型,以同一速度不同角度进行送风,得到各自流场的速度矢量和压力值。