水平气-液两相流伪段塞流和段塞流的识别及其理论预测

水平气-液两相流中,由于气相流速较高时出现的伪段塞流具有环状流和段塞流双重特征,故导致流型识别上的困难.通过对实验数据的分析,利用压力脉动、压力信号的振幅、液塞的速度3种特征来辨识伪段塞流和段塞流,并应用于40和50 mm管径水平管道油气两相流实验.在压力脉动时序图上,段塞流具有伪段塞流所没有的维持段特征,且伪段塞流的压力振幅和液塞速度都要明显低于段塞流.在较高的气相表观速度下,判断段塞流出现的依据在于其上游的液层能否提供足够的液体来维持一个稳定的段塞体单元.根据段塞稳定性理论,对段塞流出现的临界条件进行理论预测,结果与实验数据较吻合,计算得到的流型转变曲线能较好地区分段塞流和伪段塞流区域.     

悬链线立管多相流流型研究

以水和空气为介质,在不同倾角的水平段和悬链线段组合中,研究气液两相流可能出现的流型及其特点,其中流型主要通过肉眼观察结合压力波动检测的方法来进行辨别.同时针对实验范围内出现的部分流型,研究该流型下管段压力和压降随气液速度以及角度的变化规律,并对悬链线管段为段塞流和严重段塞流时管内含气率、气泡长度、气泡速度、气泡频率等参数进行测量.结果表明:试验范围内共出现9种组合流型,4种组合区域所占区域最广;气液流速的变化对管线压降有一定的影响,水平管段的角度对压降的影响远小于气液速度的影响;液速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随气速的增加而增加,气速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随液速的增加而减小.     

垂直气-液两相管流中的流型转换机制与控制

对大管径气-液两相流动中严重影响压力平衡与机械驱动效率的段塞流生成机制和控制方法进行了研究,实验证明段塞流的形成是由于空隙率波的大幅度增长使气泡高度集中,并形成聚并所致。强湍流运动可以抑制Taylor泡的形成。因此,通过强化湍流或控制扰动频率可以对气泡聚并起明显的抑制作用。     

含固体颗粒竖直弯管段塞流/乳沫状流冲蚀速率预测

气液混输管道中流体流动复杂,流体对管壁冲刷严重,管道中含有固体颗粒极大地加剧了管内介质对管壁的冲击,极易造成管道冲蚀破坏。为研究含固体颗粒管道在段塞流/乳沫状流下的冲蚀速率,提出一种基于段塞体颗粒分布的冲蚀计算方法,在Eulerian坐标系下求解气液混合相连续相流场,Lagrangian坐标系下求解颗粒离散相运动轨迹,利用Oka,et al冲蚀模型及Grant和Tabakoff颗粒-壁面碰撞模型计算管壁冲蚀速率。结果表明:提出的CFD冲蚀计算模型计算结果与实验值最接近,且与Chen等的简化计算方法相比,精确度有较大提高;竖直弯管段塞流/乳沫状流中的固体颗粒主要位于段塞体和液膜中,段塞体和液膜中的固体颗粒分布不均匀,段塞体中固体颗粒含量较多;固体颗粒在段塞体中的分布系数约为0.827。     

水平管段塞流特征参数测量方法的试验研究

在内径 5 4mm、长 2 4m的水平有机玻璃管中利用空气水为试验介质对段塞流特征参数的测量方法进行了研究。利用上、下游两个压力信号相减得到差压信号 ,用电导探针测量了波高信号。分析了压力信号、差压信号和波高信号之间的对应关系 ,给出了利用差压信号相关测量液塞速度的方法 ,提出了“差压渡越时间”的新概念 ,并根据差压渡越时间这一概念提出了测量液塞长度的新方法。同时探讨了利用压力和波高信号测量段塞流特征参数的可能性和优缺点。试验结果表明 ,利用差压信号相关易于测量液塞速度、液塞频率和段塞单元长度 ,但用差压信号不能测量段塞流持液率的变化。液塞速度随气液混合物速度增大而增大 ,滑脱系数C0 不是一个常数。用波高信号相关可以测得液相平均速度。用波高和压力信号不易于测量液塞频率和段塞单元长度。     

水平管段塞流特征参数测量方法的试验研究

在内径54mm、长24m的水平有机玻璃管中利用空气－水为试验介质对段塞流特征参数的测量方法进行了研究。利用上、下游两个压力信号相减得到差压信号，用电导探针测量了波高信号。分析了压力信号、差压信号和波高信号之间的对应关系，给出了利用差压信号相关测量液塞速度的方法，提出了“差压渡越时间”的新概念，并根据差压渡越时间这一概念提出了测量液塞长度的新方法。同时探讨了利用压力和液高信号测量段塞流特征参数的可能性和优缺点。试验结果表明，利用差压信号相关易于测量液塞速度、液塞频率和段塞单元长度，但用差压信号不能测量段塞流持液率的变化。液塞速度随气液混合物速度增大而增大，滑脱系数C0不是一个常数。用波高信号相关可以测得液相平均速度。用波高和压力信号不易于测量液塞频率和段塞单元长度。     

气液两相段塞流的PSD和PDF特征分析

在气液两相段塞流理论基础上,通过大量实验,利用LabVIEW平台进行数据采集和处理,并引进数字信号理论和统计学分析方法,得出了段塞流在不同时期、不同形态的概率密度函数(PDF)特征和功率谱密度函数(PSD)特征.段塞流的压力概率密度函数呈现单峰、双峰、多峰分布,尤以双峰分布最为普遍;段塞流的压差概率密度函数分布符合正态分布,呈现单峰分布;段塞流的功率谱在整个频率范围内随着频率增大而缓慢下降,频率范围内出现两个幅度比较明显的特征峰.利用PSD和PDF特征分析可以进行气液两相流的流型识别,为研究流型和管道系统设计提供帮助.     

水平圆管内油气两相流分层流向段塞流转变机理的实验研究

根据气液两相流一维波模型建立分层流向段塞流转变的判别准则,对水平管内气液两相流出现段塞流时的各相临界表观速度进行了理论预测,并对流型转变进行了分析.理论计算中,主要考虑了两相流体和管壁之间的摩擦和气液相界面之间的摩擦对流型转变的影响,并结合分层流理想化模型分析了发生流型转变时的临界参数.在内径分别为40 mm和50 mm的水平管道油气两相流实验系统中进行了流型转变实验,所获实验数据处理结果与理论计算结果进行了对比.对影响流型的管径、流速等因素的分析结果表明,该模型较好地预测管内分层流向段塞流的转变.     

段塞流诱导柔性立管振动响应实验分析

在气液两相循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管振动响应测试,利用高速摄像非介入测试方法同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的段塞流动细节,预测了气体表观流速对水动力段塞流诱导柔性立管振动响应的影响规律,分析了振幅响应、模态权重、频谱变化以及管内流动特性.结果 表明,随着气体表观流速的增大,振动幅度逐渐增...     

超声场中双气泡非线性动力学参数

从气泡动力学出发,建立了双气泡在外加声场作用下的运动方程,对气泡间的相互作用力进行了研究.研究结果表明：考虑到气泡之间相互作用后,气泡的运动方程、谐振频率、谐振时半径的变化情况明显与单个气泡不同,这些参数不只与气泡各自的初始半径,外加声压强度,液体的黏滞性等因素有关,还与它们之间距离和相对另一气泡的初始半径有关.研究发现：气泡的谐振频率与它们之间距离有关,随着气泡之间距离的增大,其谐振频率在不断减小.但当它们之间的距离增大到某一值时,其谐振频率趋于一定值.这也可以理解为当气泡相对较远时它们之间的相互作用对其影响可以忽略,此时的谐振频率即为单泡的谐振频率.对于谐振时它们的半径变化而言,两气泡之间的作用是相互抑制的,但气泡的初始半径的不同,这种抑制作用的强、弱不同.气泡初始半径相同的气泡,相互抑制作用较弱,数值计算表现出半径相同时其谐振半径的变化幅度要大于半径不同时的结果.     

飞秒脉冲激光产生及捕获微气泡的实验研究

采用高速光学摄像及高频超声成像技术对飞秒脉冲激光在介质水中发生光学诱导击穿的过程进行实验研究.结果表明,光学诱导击穿产生后,在高能激光自聚焦的焦点处产生一系列微气泡,最后只有一个微气泡可以被激光束稳定地捕获,并且这个微气泡可以在超声作用下进行非接触式三维操控.进一步分析了沿激光束产生和捕获的微气泡的时空特性以及激光束捕获微气泡的力学特性.实验结果为应用微气泡进行分子水平的靶向性治疗提供了全新的技术手段.     

黏度对垂直上升管段塞流流动规律的影响

为研究在不同黏度的条件下的垂直管段塞流流动特性,进行了实验和数值模拟研究,对不同黏度下的截面压力、含液率、压差波动信号及压降值进行分析.结果表明:液相黏度的增大使气塞长度减小,并缩短至7.5～9倍的管径,段塞周期缩短,管道截面压力和压差波动会随之加快,平均持液率也逐渐增大,Mukherjee-Brill模型无法准确预测高黏油气流动的持液率,VOF(volume of fluent model)模型的持液率计算精度较高.液相黏度的变化对段塞流压降有一定影响,实验和模拟计算中都出现了负摩阻压降现象,总压降随着黏度增大而增大;Beggs-Brill模型的压降计算精度随着黏度的增加而降低,Hagedorn-Brown模型和VOF模型对压降的预测效果较好,误差低于15％,可见优于其他模型.     

气液混输管线系统严重段塞流理论模型

针对管线与垂直立管系统内严重段塞流的流动特性,建立了一种高效的不完全依赖于实验参数的一维瞬态理论预测模型.该模型不仅能够预测不同类型严重段塞流的发生范围,还能得到压力、周期、流量、气液速度、含气率和折算速度等严重段塞流特性参数,并可对管道系统内气液流态的变化进行实时判别.理论模型预测结果与实验吻合较好.     

溴化锂浓度及纳米颗粒对气泡泵流型及提升量影响的实验研究

为改善气泡泵特性,了解溴化锂溶液浓度和纳米颗粒添加量对气泡泵流型及溶液提升量影响、不同流型对溶液提升量影响十分必要.搭建两级气泡泵吸收式制冷实验台,利用高速摄像仪记录气泡在一级提升管内运动过程,探究不同条件下流型之间的差异以及对溶液提升量的影响.实验结果表明:管内先后出现泡状流、弹状流、段塞流、搅拌流和环状流五种流型;弹状流、段塞流和环状流对溶液提升量均随浓度的增大而增大,随纳米Cu O添加量增大而增大,但纳米添加剂添加量大于0.25%后,溶液提升量不再提高.     

超声场中振荡微泡对血管壁的生物力学效应

血管内受束微泡振荡所产生的生物力学效应在靶向药物传递、开放血脑屏障等具有重要的医学应用.本文从生物力学角度,创建了一个气泡-流体-固体耦合动力学模型,利用有限元法,研究超声场中振荡微泡与血管壁的相互作用,得到不同超声频率、血管尺度及不同初始半径微泡对血管壁的应力及应变分布.结果表明:频率1.0～1.5MHz时,血管壁应...     

边界积分法研究塔壁对气泡生成的影响

对塔壁对气泡生成过程的影响进行理论和实验研究.运用边界积分法,研究开发了气泡生成的非球形理论模型.通过引入一特定的镜像系统,该模型将气泡塔壁对气泡生成过程的影响考虑在内.假设流体是无旋流,因此可以采用势流理论来分析气泡的生成过程.为了对塔壁的影响进行实验研究,实验中采用3种不同规格的气泡塔和3种不同规格的孔板.采用高速摄像机和压力传感器分别记录气泡的生成模式和生成频率.实验结果表明,气泡的生成过程有3种模式,分别为单个气泡,成对气泡及多个气泡.此外,随着气泡塔径与孔径比率的减小,气泡生成频率也减小,与此同时,气泡生成模式由单个气泡向成对气泡及多个气泡发生转变.对气泡生成频率的理论预测与实验结果相吻合,这表明理论模型能用来预测伴有塔壁影响的气泡生成过程.     

空气水两相段塞流的跟踪模拟及试验研究

分析了前人提出的段塞跟踪模拟方法的优缺点 ,根据液塞头部的加速压降和入口液塞长度分布特征对段塞跟踪模型进行了改进。采用面向对象技术 ,实现了水平和倾斜管道段塞流的跟踪模拟 ,并与多相流试验环道的空气水试验数据进行了对比。模拟结果表明 ,当不考虑加速压降时 ,用跟踪模型预测的压降低于实测值 ;当考虑加速压降时 ,用跟踪模型预测的压降高于实测值。在管道上固定位置测出的压力信号符合正态分布 ,管道上某一固定点处液塞头部和尾部的速度分布也符合正态分布。当不考虑气泡尾波作用时 ,液塞长度沿管线增长较慢 ,分布形状无变化 ;但是考虑气泡尾波作用时 ,在入口附近液塞长度平均值增长较快 ,统计分布沿管轴向呈对数正态分布。     

包膜微气泡非线性与超声造影剂谐波特性的研究

对包膜超声造影剂 (ultrasoundcontrastagents ,以下简称UCA)的非线性特性进行了理论分析与模型仿真研究 ,对比研究了不同尺寸的理想气泡和包膜微气泡在不同频率超声场中的基波与谐波散射特性 ,研究结果对UCA的制备及其应用技术有重要价值 .UCA谐波特性实验结果直观地反映了白蛋白超声造影剂显著的非线性特性 ,该特性将为医学超声成像技术和相应基础研究开拓新的领域 .     

脉动流化床气泡特性的研究

为了研究脉动流化床气泡特性,对流化床内气泡的特性进行了二维冷态模拟实验．利用摄像机捕捉流化床气固瞬间的流动状态,通过对图像进行分析,比较了脉动流化床和传统流化床内气泡尺寸,探讨了气泡平均上升速度和气泡尺寸受脉动参数和物料特性的影响．从实验可知,脉动气流可以抑制大气泡的形成,促进气固间的接触,且气泡的平均上升速度随脉动频率的增加有降低的趋势．     

空气—水两相段塞流的跟踪模拟及试验研究

分折了前人提出的段塞跟踪模拟方法的优缺点，根据液塞头部的加速压降和入口液塞长度分布特征对段塞跟踪模型进行了改进。采用面向对象技术，实现了水平和倾斜管道段塞流的跟踪模拟，并与多相流试验环道的空气—水试验数据进行了对比。模拟结果表明，当不考虑加速压降时，用跟踪模型预测的压降低于实测值；当考虑加速压降时，用跟踪模型预测的压降高于实测值。在管道上固定位置测出的压力信号符合正态分布，管道上某一固定点处液塞头部和尾部的速度分布也符合正态分布。当不考虑气泡尾波作用时，液塞长度沿管线增长较慢，分布形状元变化；但是考虑气泡尾波作用时，在入口附近液塞长度平均值增长较快，统计分布沿管轴向呈对数正态分布。