气液喷射器中不同粒径分布函数下液滴轨迹数值模拟

采用数值模拟的方法研究气液喷射器内液滴的运动轨迹,液相流场采用离散相模型。研究粒径和液滴速度对液滴运动轨迹的影响,探索了单一液滴和不同Rosin—Rammler分布函数下液滴的运动轨迹。结果表明,气相旋转气流并没有对液滴的轨迹造成太大的影响,液滴仍是以接近直线的形式向前运动;离散相液滴最终的速度主要取决于气相速度,与液滴粒径大小、粒径分布和初速度无关;液滴的运动轨迹随着Rosin—Rammler分布中均匀性系数的增加,液滴速度的增大和平均粒径的减小而发生改变,造成离散相液滴喷出趋向于集中和液滴相对远离壁面。     

矩形斜板湿法除尘塔气液两相流数值模拟

以自主研制的矩形斜板湿法除尘塔为物理模型,采用CFD(计算流体力学)软件Fluent对塔内三维气液两相的流场进行了数值模拟.计算中气相采用标准k-ε湍流模型,液相采用拉格朗日离散相模型,液滴的壁面行为采用壁面液膜模型.结果表明:矩形斜板除尘塔能有效地增大气液接触面积,增强气液扰动,延长气体在塔内的停留时间;在塔体的进口区域会出现烟气冲壁和液滴冲壁的现象;在进气管一侧的塔体顶部会出现流动死区;喷淋液体对气场有一定的整流作用,在喷嘴处可以观察到气体卷吸的现象;增大进口烟速,可增大液滴在塔内的充满度,但同时会出现液滴夹带的现象.最后,在不同气速,不同的液气比下对塔内的压力损失进行了实验验证,实验值与模拟值吻合较好.     

液体性质对气泡雾化液滴不稳定性的影响

为了改善气泡喷嘴雾化性能,利用基于液滴统计学的理想雾化理论模型研究了液体性质对气泡雾化液滴不稳定性的影响.同时,采用高速摄影技术分析了气泡喷嘴内部气液两相流动及喷口雾化状况,探究了雾化液滴产生不稳定现象的根本原因.实验结果表明,气泡喷嘴雾化本身具有不稳定性,且雾化下游场中不同粒径的液滴均表现出不稳定性.当喷嘴内部气液两相处于气泡流时,喷口处单个气泡的破裂可导致雾化下游场中液滴不稳定;当气液两相处于过渡流时,单个气泡、液体以及较长气柱交替流经喷口会造成气泡雾化液滴不稳定;当气液两相处于环状流时,液桥现象的存在致使雾化下游场液滴不稳定.增加牛顿流体的黏度或者降低非牛顿流体剪切变稀的强度能够有效降低雾化液滴的不稳定性.     

直叶片离心喷雾气液反应器分离性能

为了解决目前单重态氧发生器存在的气体处理量小、气液反应面积小和气液分离不彻底的问题,设计了一种雾化技术与离心技术相结合的两级排液式直叶片离心喷雾气液反应器.首先采用CFD方法,对该反应器建立了计算模型,研究了反应器中连续相流场、离散相颗粒的运动特性,系统分析了粒径及转速对反应器分离性能的影响,获得了分离特性曲线.然后通过实验研究,分析了反应器在真实工况下的分离性能.综合研究表明,CFD模拟结果与实验结果比较吻合,CFD模型可用于该实验研究.反应器在5 mol/s的气体流量下对于粒径大于90μm的液滴在3 000 r/min转速下分离效率100%,为单重态氧发生器的发展提供了参考.     

液滴撞击液膜喷溅过程的LBM模拟

气液两相流动现象广泛存在于自然界和工程应用中,而液滴撞击液膜后产生喷溅的过程则是这一类问题的典型代表.采用格子Boltzmann方法（LBM）对上述过程进行了数值模拟.采用基于“单相”（single-phase）模型的LB两相流方法计算得到了3组Reynolds数（Re）和Weber数（We）组合下液滴撞击液膜后所产生的3种效应.结果表明,随着We数和Re数的不断增大,液滴撞击液膜后将产生铺展、喷溅以及喷溅并伴有小液滴脱落等不同现象,计算所得的结果与实验及理论分析的结果相吻合,表明了LBM研究气液两相流动问题的可行性.     

浆料鼓泡塔内吸附剂微粒增强气液传质的研究

为了考察吸附剂微粒对气液传质的增强,研究了浆料鼓泡塔内异丙醇-水/4A分子筛和叔丁醇-水/分子筛浆料系统内吸附剂微粒对气液传质的过程.考虑液相返混及气液两相间传质,建立了浆料鼓泡塔内气液传质模型,数值求解该模型,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好.考察了系统中加入吸附剂微粒后,不同固含率对不同平均粒径下增强因子的影响及粒径对液相传质系数的影响.结果表明,吸附剂微粒的加入使气液传质得到增强.固含率增加,气液传质增强,当固含率超过4%后,气液传质的增强变得缓慢.微粒的粒径越小,对气液传质增强越大.     

气—水环状流携带液滴粒径几何特征的测量

用激光衍射技术测量了水平管内空气－水环状流携带液滴的粒径几何分布特征，得到了Ｓａｕｔｅｒ平均直径，体积平均直径，体积分数、折算表面积等描述粒径几何特性的参数；用双参数模型描述了液滴粒径的分布，研究了折算气速、液相折算雷诺数对液滴粒径分布的影响；并利用双平行电导探针测量了气液界面波，根据界面结构分析了环状流中液滴携带的方式。     

空气滤清器性能试验台气溶胶特性

利用Welas-2000气溶胶粒径谱仪,通过雾化效果对比实验分别探讨了气液比、喷雾溶液的动力粘度、表面张力等物理性质以及压缩空气的压力、速度、密度等参数对发生气溶胶浓度、粒径分布及其分散度的影响,通过理论分析计算,验证了实验得到的雾化液滴Sauter平均直径及其粒径分布的经验公式.     

液气射流泵内部流场的数值计算

通过闪频仪观测,泵内部流动可分为分层流、液滴流和泡状流.为了简化模拟和计算,将计算区域分为部分喉管和扩散管两块.对液气射流泵喉管内部射流流动,建立抛物型流动方程组,采用控制容积法将方程组离散,并用TDMA法求解;对扩散管内部泡状流,采用双流体模型建立液气两相流方程组,混合有限分析法离散,压力耦合半隐式方法(SIMPLE)求解.数值模拟获得液气射流泵内部流速分布.计算预测的射流碎裂位置与试验观测结果一致;壁面压力分布计算值与试验值吻合较好,趋势相近.计算结果能够较好地反映液气射流泵外部水力性能,为液气射流泵的优化设计与运行提供参考.     

文丘里管内气液两相环状流传热及流动特性研究

建立了文丘里管内气液两相环状流的一维三组分（气芯、液滴和液膜）模型,并编制程序对各组分温度和压力分布进行了数值计算．建立了相应的实验台,在冷态下测定了气液两相的压力分布,在热态下对烟气的温度分布和气液两相的换热情况进行了测试．理论计算和实验结果对比,二者符合得较好．     

气液比对矿井瓦斯水合物生长速率的影响

为寻求瓦斯水合物快速生成的方法,研究了气液比对瓦斯水合物生长速率的影响。设定初始压力5 MPa、初始温度20℃,在复配溶液（0.1 mol/L四氢呋喃（THF）-0.2 mol/L十二烷基硫酸钠（SDS））体积相同的条件下,通过改变可视化反应釜的体积建立了四种气液比（40、60、80和100）反应体系。根据压力和温度与时间关系曲线和水合物生长速率的计算模型对实验现象与结果进行对比分析。结果表明：气液比的增大加快了气相-液相之间物质传递,提高了瓦斯水合物生长速率。四种气液比反应体系中瓦斯水合物生长速率分别为2.40×10^-6、3.10×10-6、3.64×10-6和4.39×10-6 m3/min。     

规整填料内鼓泡流动的二维CFD模拟

规整填料内鼓泡流动现象的研究对于开发新型气液传质与反应设备具有重要的指导作用。为此应用VOF（Volume of Fluid）多相流模型建立了描述规整填料内部鼓泡流动现象的二维模型,模型中考虑了影响气液两相流动的两个重要作用力：表面张力和气液相间作用力。模拟计算结果显示,气泡在上升过程中自身振荡,随着入口气速的增大,气泡形变程度增大,并且伴有气泡聚并现象发生。气泡上升过程中,气泡周围液体的速度增大,并且形成大小不同的旋涡结构,单点速度值的波动程度随气体入口速度的增大而增大。     

水平管内气液两相流影响滑脱损失的实验研究

为了探究滑脱损失在气液两相流中对压降存在的影响,从而进一步减小滑脱带来的损耗,本文通过利用多相流实验设备,采用水-空气为流动介质,对水平管条件下的气液两相流中的滑脱损失进行了实验研究。在采用杜克勒Ⅰ法无滑脱压降模型的理论基础上,结合实验所得数据,利用滑脱密度、滑脱压降和滑脱压降比三个参数分别对不同管径、不同液相表观流速以及不同气液比条件下的滑脱损失进行了分析。结果表明：在相同气体表观流速条件下,最大滑脱损失会随管径的增大而增大;当气相表观流速一定,液相表观流速越大时,滑脱损失在管线的整体压降中产生的影响越大;在液体表观流速不变,气液比改变时,可根据滑脱压降大小判断滑脱损失影响;水平管中滑脱损失变化与滑脱密度之间没有明显的关联性;水平管中段塞流型相较于层状波浪流会产生更大的滑脱损失。以上结论可为工程设计、实践提供参考。     

垂直井筒气液段塞流压力梯度的简便算法

以流动机理研究为基础，应用等效段塞单元分析方法，建立了垂直气液段塞流压力梯度的计算模型，依据实验数据确定了模型中液相段塞持液率的预测方法，借用公开发表的相关实验数据对新建模型进行了验证。经对比分析认为，所提出的压力梯度计算方法不仅涉及的中间参量少、计算简便，而且对不同来源的数据适应性好、计算精度高。另外，不同液相段塞持液率相关式的计算结果相差较大，但实验条件下对压力梯度的预测值影响并不大。     

Numerical Study of Void Fraction Distribution Propagation in Gas-Liquid Two-Phase Flow

A dynamic propagation model was developed for waves in two-phase flows by assuming that continuity waves and dynamic waves interact nonlinearly for certain flow conditions. The drift-flux model is solved with the one-dimensional continuity equation for gas-liquid two-phase flows as an initial-boundary value problem solved using the characteristic-curve method. The numerical results give the void fraction distribution propagation in a gas-liquid two-phase flow which shows how the flow pattern transition occurs. The numerical simulations of different flow patterns show that the void fraction distribution propagation is determined by the characteristics of the drift-flux between the liquid and gas flows and the void fraction range. Flow pattern transitions begin around a void fraction of 0.27 and end around 0.58. Flow pattern transitions do not occur for very high void concentrations.     

气液两相区中平均速度和平均体积分率的全浮力数学模型

建立了底吹钢包中气液两相流的数学模型。这一模型可用于计算不同气体流量下,气液两相区内各截面处的平均速度和平均体积分率。数值计算表明,平均速度和平均体积分率都随高度的增大而减小,计算结果与有关实验结果相符。     

脉冲应答技术测定气液催化反应速率常数

本文提出一种静止液气液反应器与脉冲应答技术相结合测定气液反应速率常数的方法，导出了反应速率常数与气相反应组分转化率的关系式．测定了ＣＯ２在ＯＣｌ－催化下与碳酸盐缓冲溶液的拟一级反应速率常数值．结果表明，本方法具有测定简便、快速，结果准确的特点．     

欠平衡钻井直井段岩屑运移规律研究

欠平衡钻井技术由于具有提高钻速、及时发现和保护储层等优点,已被广泛应用。然而,地层气体进入井筒后,气液两相流型变化规律复杂。由于不同气液流型具有不同的携岩效果,因此井筒岩屑运移规律多变。首先分析单个岩屑的受力情况,建立岩屑运移数学模型。然后建立环空多相流流型判别模型及环空压力计算数学模型。最后以某井为例编制计算程序,分析相应的钻井参数及进行钻井参数优化。数值模拟结果与现场施工参数吻合。     

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.