表面张力对低Re下细竖管内流动凝结的影响

针对低Ｒｅ范围细竖圆管内的流动凝结过程，探讨不同管径条件下重力，表面张力以及气液界面剪切力对凝结换热Ｎｕｓｓｅｌｔ数的影响，研究表明，在讨论的Ｒｅ范围内，微重力环境中的流动凝结过程主要受表面张力或剪切应力控制，且随管径的减小表面张力在影响因素中的作用受到削弱；     

细竖管内流动凝结的换热特性

为探讨小尺度条件下管内流动凝结换热的特性,针对１～５ｍｍ的细圆管,考虑凝结液膜的弯曲、气液界面剪切力与液膜表面张力的影响,建立起柱坐标系下竖直管内受迫流动凝结换热物理数学模型;利用数值求解的结果,对小尺度条件下管内凝结换热的规律进行预测性分析．研究表明,细管径条件下,气液界面切应力与液膜表面张力对流动凝结过程的影响增大,使重力的影响处于相对微弱的地位;与Ｎｕｓｓｅｌｔ换热关联式的预示值相比,小尺度圆管有明显的强化凝结换热的效果．上述结果有助于深化对小尺度下凝结换热规律的理解     

功率谱熵在垂直于水平流向的气液两相流压差信号中的应用

对垂直于水平流向的气液两相流压差信号进行了实际测量,对采集的信号提取其功率谱熵值.结果表明:压差信号的功率谱熵受外界压力变化影响较小,对两相流流型变化是敏感的,通过分析功率谱熵值随气液两相流气相流速变化趋势,能够较好地揭示水平管道气液两相流流动特性,为两相流流型的准确识别方法提供有价值的参考.     

细圆管内流动凝结换热的流型研究

通过可视化观察实验,分析细圆管的管径、流量以及倾角对管内蒸气流动凝结过程流型的影响.研究表明,在小尺度下,重力的影响受蒸气剪切力和表面张力作用而降低,流动的分层受到明显削弱.随着管径的减小,凝结液分布比较均匀的近环状流在流型图上所占区域增大.现有用于常规尺度下的流型图不适用于细圆管内流动凝结流型的预测.     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上 ,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响 ,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法 .计算结果表明 :水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降 ;入流量越大 ,压降越大 ;管径越大 ,压降越小 ;要计算整个水平段压力分布 ,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法,计算结果表明;水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降;入流量越大,压降越大;管径越大,压降越小;要计算整个水平段压力分布,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法。     

水基纳米流体在竖直毛细管中的气液两相上升流流型特性

研究了在内径为1.6 mm的竖直玻璃毛细管圆管内的氮气-CuO水基纳米流体的上升两相流流型分布图.首先对毛细管内氮气-去离子水的两相流流型进行实验研究,并与常规管的半理论半经验公式进行了比较.然后在水中添加不同比容积的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和CuO纳米颗粒制备成纳米流体,对氮气-纳米流体在垂直毛细管内的流型图进行了测量.研究发现,和常规管相比,毛细管内气-水两相流各种流型的转化在较低的流速下就已产生.使用纳米流体后,毛细管内的气液流型转化在更低的流速下产生.纳米流体对两相流流型的影响主要是由于添加表面扩散剂SDBS和纳米颗粒后降低了溶液表面张力而产生的.纳米流体中的纳米颗粒和表面扩散剂浓度对流型图几乎无影响.     

倾斜方管内气液两相分层流界面的稳定性分析

利用双流体模型推导了倾斜方管内气液两相流界面波的色散方程，分析了界面的稳定性，系统研究了管道尺寸，气液两相流量，液相粘度，表面张力及通道倾角对界面稳定性的影响。     

闭式循环振荡热管内气液两相流数值模拟

建立了考虑气液界面存在及其表面张力影响的较全面描述振荡热管内气液两相流动、传热传质和相变过程的气液两相流数理模型.模型中气液分布及界面运动采用VOF方法,表面张力影响采用CSF模型,对一典型闭式循环振荡热管起始工作阶段进行数值模拟.结果表明:所建立的模型成功模拟了振荡热管初始气液分布,启动阶段管内的泡状流、柱塞流、环状/半环状流和壁面回流等复杂气液流动流型和转变,以及起始循环阶段环状流和柱塞流在竖直管段内交替出现的现象.结果与相关定性实验观测非常一致,进而分析了启动阶段2个过渡管段内工质的流动及传热.分析表明在绝热段和冷凝段之间的过渡段,工质温度、压力和流型的变化明显,管内传热工况的转变主要发生在该区域内.     

气液段塞流气弹区相界面结构理论

根据气液段塞流气弹区相界面结构特征将气弹区分为气弹头、气弹体、水跃面和气弹尾四部分,并根据各自的流动和界面结构特征分别进行模化,建立了描述不同倾角的圆管内气液段塞流气弹区相界面结构的一维理论模型.该模型的计算结果表明,气液混合Froude数、管道倾角和气弹长度显著影响气液段塞流气弹区相界面结构,计算与实验结果吻合良好.     

煤层气井筒气液两相流数值模拟

在煤层气井开采过程中由于井底积液的影响,会在管道中形成气液两相流动。用数值模拟方法研究含气率、进口压力、进口温度、压降等参数对气液两相流流态的影响。结果表明：进口压力和进口温度对气液两相流流态影响较小;含气率对两相流流态的影响很大,决定了气液两相的流态,当含气率小于0.2时,气液两相流呈现泡状流,当含气率在0.2～0.3时气液两相流流态呈现段塞流,当含气率在0.5～0.6时,气液两相流流态呈现搅动流,当含气率超过0.8时,气液两相流流态呈现环状流;压降对流体的影响较为复杂,随着压降增加,流态会缓慢发生变化,管内两相流中的气体膨胀,改变了截面含气率以及气液两相的表观速度,使两相流流态发生了转变;当压降超过一定值时,流态会从一种形态转变为另外一种形态。     

管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟研究

结合k - ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟

结合k-ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

变制冷剂流量制冷循环性能与气液两相流流型的研究

实验应用流动显示方法,发现变制冷剂流量制冷循环的蒸发器入口(也是膨胀阀出口)的制冷剂流动存在两类不同的气液两相流流型--液气分相流和泡气分相流,并且存在流型转变的过渡区域.在不同的气液两相流流型时,变制冷剂流量制冷循环的制冷量、过热度、排气温度等性能截然不同,在流型转变的过渡区域,制冷循环处于波动之中.     

基于复杂网络的气液两相流流型识别与动力学特性分析

气液两相流作为一个非线性动力系统,其流动演化动力学特性尚未得到清楚的认识.以垂直上升管内空气-水两相流为研究对象,在通过流态模拟实验系统获取流态压差时间序列的基础上,构建流态复杂网络和流动演化复杂网络对气液两相流流型及其非线性动力学特性进行了研究.通过对流态复杂网络社团结构的分析获得了其社团结构与不同流型的对应关系,从而实现了对包括过渡流型在内的5种流型的辨识.通过对流动演化复杂网络分析发现,不同流型的流动演化复杂网络呈现出不同的社团结构,而且网络的信息熵演化趋势与流型转化过程密切相关,可以较好地揭示垂直上升管内气液两相流流态演化的动力学特性.     

微重力下气液两相流流型转换的通用关系式

为了预测微重力下气液两相流流型及其转变条件,综述了已有的微重力下气液两相流流型的研究工作,分析、比较了各种研究方法的特点和结果,对已公开发表的１７组微重力下流型的实验结果、共计８００多个实验点,以新的量纲为１的坐标进行重新整理,绘出了流型图。从两相流体内部相互作用力的角度,阐述了微重力下流型变迁的机理,分析了管径、流体粘度、表面张力等对流型转变的影响。以所有这些实验点为基础,拟合出了微重力下气液两相流流型转变的通用关系式。     

正方形截面直通道内二次流现象的实验研究

以空气-水为介质,通过可视化实验的方法,对边长为10 mm的正方形截面通道内空气-水垂直上升流动的两相流流型进行了实验研究,表观气速为0.04～100 m/s,表观水速为0.001～6 m/s.观察到了正方形截面通道内两相流动的典型流型,通过管外可视化及内视镜伸入管道内拍摄到清晰的环状流和爬动流流型,证实了正方形截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响.将正方形截面爬动流与圆通道内的溪状流进行了比较,由于其中的作用力不同,它们在发生条件、流动形态及液膜形状上有很多异同点,圆通道内溪状流的液膜是随机出现和分布的,数条液带、液丝的位置不确定,尺寸相差悬殊.利用单能γ射线传感器测量了正方形通道内爬动流及环状流的液膜厚度,得到壁面上液膜厚度的分布图,证明了正方形通道内随着表观气速的增大,二次流作用逐渐增强,使得壁面上液膜分布的不均匀,壁面中心处液膜最厚.     

气—液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气-液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状，阐述了气-液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气-液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法，并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题，预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

剪切液膜表面波的动力学特征和不稳定性

通过求解沿倾斜壁面下降的液膜表面波的Orr-Sommerfeld方程,得到了长波波速表达式,结合剪切力作用下液膜的流动状态,分析了表面波扰动在初始时刻的不稳定性.研究表明:剪切液膜流动存在3种状态,由界面剪切力和重力纵向分量gsin θ决定;表面张力和重力横向分量gcos θ为稳定性因素,重力的纵向分量为不稳定性因素;剪切力对表面波的不稳定性作用与气流方向、剪切力大小和液膜的流动状态密切相关,在相同雷诺数和剪切力下,正向剪切力对液膜稳定性的影响更为显著.     

Y型组合式微通道多相流流动形态实验研究

微通道设备具有高效的传热、传质能力,有利于实现气液多相流的有效混合,从而提高工业应用生产效率。但对于工业应用中,形状不规则的微通道的气液两相流流动形态研究一直是微通道研究的难点。本文基于优化过的Y型组合式微通道结构,进行了复杂微通道内部全流场流动显示实验,实现了对微通道内部不同流量下的气液多相流流动形态的综合测量,获取了基于高速摄像的微通道内部气液两相流分布,对Y型组合式微通道内部流型进行判别,并对气液两相间流动规律进行了数值模拟,提取了沿流道方向的压力分布。研究以时均特征面积为指标评判了不同流型下的时均气液高效混合区域面积。结果表明,气液多相流流型会显著影响气液多相流混合剧烈程度,大大促进了气液两相流混合效果,增大了气液接触面积。