小通道内制冷剂两相流动摩擦压降关联式分析

针对小通道内两相流动摩擦压降的关联式进行了全面分析,描述关联式之间的继承发展关系,并指出不同关联式之间的创新之处.为了评估各种关联式在小通道中的通用性和精度,建立了一个大型摩擦压降数据库,此数据库在蒸发和冷凝/绝热工况下分别有1 302和1 576个数据点.对26种关联式分工况进行评估分析,并发现Sempértegui-Tapia和Kim关联式分别在蒸发工况、冷凝/绝热工况下具有最佳的预测能力,最后提出了关于关联式改进的建议.     

微柱群通道流动沸腾两相摩擦压降特性研究

为探究微柱群通道流动沸腾两相摩擦压降的影响因素,对高度和直径均为500 mm的微圆柱组成的叉排微柱群通道进行了实验研究,并借助高速摄像仪对通道内不同加热功率的气液两相流型进行了记录分析。实验中质量流速范围341~598.3 kg·m~(-2)·s~(-1),热流密度范围20~160 W·cm~(-2),工质出口干度范围0~0.2。实验结果表明,两相摩擦压降随着质量流速的增大而增大,随着热流密度的增大呈线性增长;工质进口过冷度对两相摩擦的影响随着出口干度的升高逐渐减弱。通过可视化研究发现,随着热流密度的增大,微通道内流动沸腾的流型变化依次为泡状流、环状流,环状流区两相摩擦压降明显高于泡状流区。     

T型微通道内气液两相流数值模拟

采用相场方法,在湿壁面条件下对T型微通道内不可压缩气液两相流动进行了模拟研究.数值模拟中得到微通道内特有气泡——Taylor气泡形成的过程,发现其形成共经历了4个阶段,气泡在形成过程中主要受到挤压力、表面张力、黏性力的作用,分析各阶段这3种力对气泡的作用,得到Taylor气泡形成机理.计算结果表明,挤压力和表面张力在气泡整个形成过程都起作用,表面张力在气泡脱离前达到最小值,黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用并在阻塞阶段取得最大值.这些基本规律为有效控制微通道内气泡尺寸和微通道系统设计提供了一定的依据.     

黏度对垂直管气液两相流压降的影响

压降是气液两相流研究中的重要参数,而黏度对气液两相流压降有显著影响,因此有必要对不同黏度下压降规律进行研究。采用多相流试验平台测试系统,在内径60 mm,实验段长8 m的垂直管中开展油气两相流实验研究。表观液速0. 08～0. 20 m/s,表观气速1～19 m/s,气相为空气,液相为白油,黏度分别为25、50、70、150、200 m Pa·s,研究黏度对压降以及Beggs-Brill、Mukherjee-Brill和Hasan-Kabir三种压降模型计算准确性的影响。结果显示:压降模型的计算精度绝大部分会随黏度的增加而降低,其中Beggs-Brill模型在不同黏度下准确度较其他两种更为稳定,但黏度在200 m Pa·s时绝对误差高达42. 67%;黏度对于总压降影响明显,而对位差压降的影响较小;实验中观察到负摩阻压降现象,发现表观气液速度越小,黏度对负摩阻压降影响越大。     

竖直环形通道内的两相流摩擦阻力研究

在竖直环形通道内，对以空气一水为工质的两相流摩擦阻力进行了研究。试验压力为：０．１～０．１５ＭＰａ，质量含气率为０．１８～０．８０．在试验及理论分析的基础上提出了一种计算环形通道内摩擦阻力的方法，通过分析和比较，表明该方法具有较高的精确度。     

湿壁面条件下T型微通道内两相流数值模拟

采用相场法,数值模拟T型微通道内不可压缩两相流动.改变毛细数大小,在壁面和连续相完全浸润的条 件下,得到离散相的两种形成机理:挤压机理和滴落机理,并发现挤压机理下离散相的形成对主通道内连续相流动 影响较大,离散相形成前后,滴落机理下离散相底部壁面的黏性切应力比挤压机理下的大.对于不同的流量比,壁 面和连续相浸润程度减弱,挤压机理下离散相长度增加,离散相前后端形状逐渐不对称,大流量比下会使离散相在 主通道下游脱离,滴落机理下壁面湿度变化对离散相尺寸和形状影响微弱.这些基本规律,为有效控制微通道内离 散相的尺寸和制造微通道设备材料的选择提供了依据.     

微通道内纳米流体换热与压降特性

为研究微通道换热和压降特性的影响因素,在当量直径分别为0.923 1,1.333 3和2.000 0 mm的矩形微通道内,以0.1%和0.5%(体积分数)的Al2O3-H2O纳米流体为实验工质,进行无相变以及沸腾传热与流阻特性实验研究,分析雷诺数对努塞尔数和单相流动压降的影响。研究结果表明:增加纳米粒子体积分数对摩擦压降影响较小,而努塞尔数则得到较大提高;在2.0 mm宽槽道内,纳米流体的换热系数比水的换热系数高18%;而0.6 mm宽槽道的换热系数比2.0 mm宽槽道的换热系数提高了近2倍;随着槽道尺寸的减少,摩擦压降显著增大;当雷诺数为800时,0.6 mm和1.0 mm宽槽道摩擦压降分别是2.0 mm宽槽道摩擦压降的23.3倍和4.4倍;热流密度和质量流量增大都将导致摩擦压降增大。     

微米级通道内油水两相流阻力特性研究

针对低渗透油藏孔隙尺度小、采收率低的问题,采用宽度为200μm、深度分别为1.8μm和4.1μm的两个矩形通道,结合数字显微摄像技术和微流体测试技术,对岩层孔隙流动进行了模拟,得到了孔隙通道中单相油以及含油率(体积分数)为10%～60%的油水两相流的流动特性.实验结果表明:对于深度为1.8μm和4.1μm的两个矩形通道,单相油流动的摩擦系数低于理论值,并与雷诺数呈线性关系;泊肃叶数小于理论预测值,通道尺度越小,泊肃叶数实验值与理论值的差异越大.油水两相流流动的摩擦系数与雷诺数也满足线性关系,在不同含油率时有的高于理论值,有的低于理论值;泊肃叶数总体随含油率增加而减小,在含油率为20%与60%时出现跳跃式增长,分析表明泊肃叶数随含油率变化是受壁面亲水性的影响.     

自然循环两相流系统压降特性研究

两相流压降特性是两相流稳定性研究中的重要特征参数，不同类型的不稳定有不同的压降特性与之对应。本文在清华大学核能技术设计研究院的５ＭＷ热工水力模拟实验台架上对自然循环条件下两相流压降与系统流量的关系进行了实验研究。对自然循环和强迫循环流动中压降流量特性进行了比较。实验发现在发生振荡时，压降与流量反相，加热段入口欠热度保持不变。在压降流量相图上，振荡呈现为逆时针方向周期６ｓ的极限圈。     

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。     

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。     

不同管径水平管油气两相流压降模型

为得到准确的不同管径水平管气液两相流的压降预测模型,用5号白油和空气在内径为40、60、75 mm,长11.5 m的测试管内进行了水平管气液两相流实验,并结合理论分析研究了不同管径水平管气液两相分层流和环状流压降模型。结果表明:相同气、液量条件下,压降随着管径的增加而减小,且管径对压降的影响较大。结合实验中观察到的流型,分别建立了水平管层流和环状流的压降计算方法,其中层流压降模型中的液相折算系数和环状流压降模型中的气液界面摩擦系数均考虑了管径的影响,新方法对不同管径条件下实验压降预测准确,整体平均绝对误差为6.4%。     

表面张力对矩形微通道汽液两相流动换热的影响

为探究表面张力对微通道内水溶液流动沸腾的影响,针对0.2 mm×20.0 mm的矩形微通道,底面恒热流(q=200 k W·m-2)加热的工况进行数值模拟.采取VOF多相流模型和用户自定义函数建模,应用几何重构的方法追踪汽液两相界面迁移的变化.通过计算得到表面张力σ分别为0.035,0.045,0.059 N·m-1(纯水)时,微通道内水溶液流动沸腾过程中汽泡沿流动方向的成长、聚并等演变行为和相应的汽液两相流的流型发展状况(泡状流、弹状流和拉伸汽泡流).结果表明:与σ=0.059 N·m-1相比,σ=0.035 N·m-1时,单个汽泡尺寸减小约1/2,流型转变滞后,且通道进出口压降Δp波动幅度减小约2.1 k Pa,加热壁面温度超过400 K的区域减少3/4,最高过热温度从1 600 K降到1 000 K;不同的表面张力,微通道内流动方向上的汽泡演变过程有所差别,但均会依次出现泡状流、弹状流和拉伸汽泡流的流型变化规律;减小表面张力,有助于提高汽液两相流的流动稳定性,进而保证微通道内相变换热的可靠性.     

粗糙度对微细通道内流动特性影响的实验研究

对几何特性相似而粗糙度不同的3种不锈钢矩形微槽内水、乙醇和正己烷的流动特性进行了实验研究.研究发现,在层流区随着雷诺数(Re)的增大,摩擦阻力常数fRe也缓慢增大,与传统理论的fRe是常数不同,且相对粗糙度越大,fRe值也越大.对于相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两种微槽转捩Re均在1 685～1 760之间,与传统理论相比,转捩并未提前.但相对粗糙度为3.15%的微槽的转捩Re数为1 500,与传统理论相比,转捩已提前.层流区摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两个微槽的摩擦阻力系数在Re<1 600的层流区域基本相同。但在Re=200～2 800的测量范围内,相对粗糙度大于3%的微槽的摩擦阻力系数均比相对粗糙度小于3%的微槽的要大.过渡区域的摩擦阻力系数均比传统预测值高30%～40%.工质极性对摩擦阻力的影响很小.     

T型微小通道内两相流分流与分离调控研究进展

T型通道内的两相流流动和传递过程广泛存在于石油化工、生物制药、电子冷却等各个领域,而伴随社会进一步微型化、精细化的需求,微小尺度下T型通道内的流动过程及界面受力分析研究的重要性逐渐凸显。尺度的减小使得流动过程中主导作用力由重力等体积力转变为毛细力等表面力,界面运动及相作用机理也随之发生变化;同时,在微尺度下,等径与非等径T型微通道使得两相流流动呈现相分流和相分离两种具有本质区别的流动规律。目前,等径微通道中相分流的研究多以实验为主,探索各种因素对两相分流特性的影响,诸如入口流型、表观速度、表面张力等;而真正针对非等径微通道内实现相分离的研究较少,且仅限于关注实现两相完全分离的条件及分离性能。鉴于微尺度尤其是非等径跨尺度T型微通道内相分离界面运动复杂、界面受力难于测量等原因,直至如今,相分离过程中的界面受力分析、分离机理以及相分布的主动调控仍是阻挡多孔结构在多相工质中高效利用的关键科学问题;急需实验与数值相耦合的机理研究,最终实现简单多孔结构在实际多相流场合中的广泛应用。     

浅析表面粗糙度对摩擦的影响

本文从摩擦学角度，以粘着理论为依据，用数据统计方法，对零件加工表面结构的独立单体－微凸体的峰谷曲率半径的大小；沿高度支承面积的变化，以及接触变形过程中塑性指数的力学性质等进行了深入的分析，揭示了零件加工表面与技术性能、使用寿命、工作可靠性及成本有着密切的关系。     

浅析表面粗糙度对摩擦的影响

本文从摩擦学角度，以粘着理论为依据，用数理统计方法，对零件加工表面结构的独立单体－微凸体的峰谷曲率半径的大小；沿高度支承面积的变化，以及接触变形过程中塑性指数的力学性质等进行了深入的分析，揭示了零件加工表面与技术性能、使用寿命、工作可靠性及成本有看密切的关系．从而，为合理选择微观形状精度－表面粗糙度的设计与制造方法，提供了理论依据．     

微重力条件下气／液两相流压降实验研究

利用俄罗斯IL-76失重飞机对微重力条件下方形截面管道内的水/气两相流压降进行了实验研究．利用本次微重力气／液两相流压降实验结果对一些目前常用的基于地面常重力实验结果的两相流压降预测模型(均相模型、Lockhart-Martinelli—Chisholm模型和Friedel模型)在微重力条件下的适用性进行了评估．比较发现,均相模型和Lockhart-Martinelli—Chisholm模型预测结果和实验数据差异很大;而Friedel模型的预测结果尽管也与实验数据有着明显的差别,但在这些模型中是误差最小的．因此,可以利用Friedel模型来对微重力气／液两相流压降进行初步预估,而新的、更精确的模型将依赖于更有物理意义的分析方法及不同重力条件下气／液两相流压降实验的结果．     

竖直L形弯管中气液两相流压降特性

为探究重力作用下弯管的最佳几何形态,本文采用Fluent中的Realizable k-ε紊流模型结合Mixture两相流模型对竖直条件下L型弯管中气液两相流的压降特性进行了系统的数值研究。具体针对不同的弯径比R/D(R/D = 1~7)、气相体积率α(α = 0~0.3)和液相雷诺数Rel(Rel = 2.9×104^~2.1×105⁾条件,对弯管内气液两相流的压力和速度分布进行了深入剖析,并系统探究了压力损失随R/D、α以及Rel的变化规律,最终得到了一定范围内L型弯管压力损失的最佳弯径比。结果表明,在Rel = 88 690的工况下,0.05 < α < 0.3时,弯管的最佳弯径比约为2;在α = 0.2的工况下,Rel < 29 856时,弯管的最佳弯径比约为1,Rel = 59 713~149 282时,弯管的最佳弯径比不断增大,Rel > 179 139时,弯管的最佳弯径比约为4。     

管内两相流沿程摩阻压降与单相摩阻系数

在两相流动阻力计算中至今还是广泛使用均相模型和分相模型法．在这两种模型中，将两相流动摩阻压降归结为单相流体摩阻压降与相应的两相摩擦因子的乘积，从不同来源得到了两组公式，能够反映不同流态下水力摩阻系数λ。两组公式在全部雷诺数Re范围内的良好吻合，证明在用两相流的均相和分相模型计算摩阻压降时，选用其中任一组公式均可得到比较可靠的结果