高炉三维气固湍流和煤粉燃烧过程数值模拟

基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化方程,建立并发展了高炉风口回旋区湍流气固两相流动和煤粉燃烧的三维数学模型.用所建模型分别对冷态模型内气固两相流动和某企业750 m3高炉风口回旋区内的气固两相三维流动与煤粉燃烧进行了数值模拟.采用三维激光相位多普勒分析仪(PDA)对冷态模型内气固两相流场进行了测量,实验结果与冷态两相流动的模拟结果基本一致.热态模拟结果给出了气相温度和组分浓度分布,模拟结果与实验测量结果较吻合,揭示了风口回旋区内气固两相流动和煤粉燃烧的基本性质和特点.     

垂直管道内液-固两相流动的压降和相分布特征

为得到垂直管道内液-固两相的流动特征,采用电阻层析成像方法对流动的相分布和含率等进行测量,并采用无量纲参数对流动的压降进行分析。研究表明,垂直管道内液-固两相流动中固相颗粒均呈非均匀分布,且浓度呈近似轴对称分布;不同颗粒粒径的液-固两相流动中的相间速度滑移程度不同;液-固两相流动中,粒径较小固相颗粒的掺入可有效降低流动的摩擦压降,具有湍流减阻的作用,而由于粒径较大固相颗粒间存在频繁碰撞,会增加流动压降;对于相间速度滑移较小的液-固两相流动,可采用均相流模型对流动的压降等参数进行精确计算,为准确预测液-固两相流动的压降,合理设计海洋资源生产及输送系统提供理论依据。     

盐析两相流场中PDPA测量方法

研究了在盐析液固两相流动中,盐析晶体颗粒流体动力学特性及其与流体非平衡性试验.在分析盐析两相流特点,总结两相流场测试方法的基础上,认为相位多普勒粒子分析仪(PDPA)是最合适、有效的盐析两相流测量仪器.结合管流及叶轮机械中的应用实例探索PDPA在盐析两相流测量中的方法,提出测量中需解决的关键问题:非球形颗粒测量、液固两相运动区分、测量窗口、旋转叶轮测量的周向定位、两相三维速度测量等,并给出了解决措施.给出部分测量结果,并进行了测量误差分析.为盐析流动机理的研究提供了一种有效、准确的试验手段.     

热扩散式油水两相流相含率测量方法

对基于热扩散式的油水两相流相含率测量方法进行研究该方法以油水两相比热值作为测量特征量,详细分析了采用该方法测量相含率中各因素的误差影响,为提高温差系统测量精度,采用仿真及实验研究相结合的方法,确定了下游温度传感器的测量位置,并基于动态温差修正及二次多项式拟合的数据处理方法,对相含率测量误差进行了修正.实验结果表明,该方...     

基于气-砂两相流振动信号特征分析的砂粒检测

气-固两相流中固相信息的实时检测广泛应用于工业中的各个方面,特别是天然气开采过程中面临的出砂监测问题.为了丰富现有固相颗粒监测方法和技术,本文通过分析气-砂两相流流动撞击管壁激励的振动信号特征,开展气井出砂实时监测室内研究.本文利用加速度传感器感受砂粒撞击管壁的一次信号,随后通过信号调理、采集并转化为所需出砂信息.通过设计室内实验,对不同流速下的气流信号、不同携砂流速下的气-砂两相流信号、不同出砂率下的气-砂两相流信号进行时-频特征分析,结果表明14.0～18.0,kHz频段内气流信号幅值波动稳定且幅值较小,该频段为气井出砂监测的特征频段.进一步增加砂流量率,发现特征频段内的振动能量随含砂率的增加而增加,进一步验证了该出砂特征频段的有效性,并建立了气体流速与振动能量关系数学模型.本研究方法为后续较复杂的水-砂两相流、气-砂多相流流体中的固相检测研究奠定了良好的基础.     

基于电容传感器的两相流参数检测原理及应用

两相流是现代诸多工业过程中的常见对象,对两相流流动参数与流型的准确检测对优化生产策略、安全高效生产、工业过程准确控制意义深远。作为一种非侵入、不辐射、防爆、安全可靠的检测手段,基于电容法的两相流流动参数与流型检测技术长期以来都是国内外的研究热点,是解决该测量问题的重要方法之一。该文围绕电容法在两相流参数检测中的应用,从电容法两相流参数测量的原理、电容法在相含率测量、流型识别中的应用,以及电容层析成像技术在两相流参数检测中的应用等几方面,对以往国内外学者在该方面的研究工作进行了回顾,讨论了电学法两相流参数与流型检测技术目前尚存在的问题以及未来的研究方向。     

空气－水在壳侧垂直向上、向下横掠水平管束的两相流动特性

对空气－水混合物在壳侧垂直向上、向下横掠水平管束流动时的平均截面含气率及两相摩擦压降进行了实验研究。管束为正方形顺排，管间距离与管径之比１．２８．试验表明，质量流率对平均截面含气率及两相摩擦压降有显著的影响；截面含气率的测量值明显低于均相模型的预测值。提出了壳侧垂直向上、向下横掠水平管束时预测截面含气率及两相压降的新的关联式。     

空气—水在壳侧垂直向上,向下横掠水平管速的两相流动特性

对空气－水混合物在壳侧垂直向上，向下横掠水平管速流动时的平均截面含气率及两相摩擦压降进行了实验研究，管速为正方形顺排，管间距离与管径之比１．２８。试验表明，质量流率对平均截面含气率及两相磨擦压有显著的影响；截面含气率的测量值明显低于均相模型的预测值，提出了壳侧垂直向上，向下横掠水平管束时预测截面含气率及两相压降的新的关联式。     

涡激振动对管道液固两相流流场的影响

采用以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型和计算流体动力学(CFD)技术模拟涡激振动下的管道内部液固两相流流动,研究了涡激振动对深海采矿矿物颗粒水利提升的影响.通过对3种涡激振动工况下液固两相流流场计算分析,发现管道的涡激振动会改变颗粒轴向速度分布和颗粒浓度分布.在涡激振动作用下颗粒轴向速度分布发生"波动"现象,颗粒浓度分布发生周期性的变化,局部浓度明显提高.     

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,振动幅度逐渐增大,模态交互作用逐渐增强,尽管高阶振动模态权重不断增大,但一阶模态在立管振动响应中始终占据主导;对于较小的气体表观流速,振动响应主要归因于短段塞的不稳定流动,对于较大的气体表观流速,振动响应主要取决于长段塞的流动频率;气体表观流速增大使管内流动速度、段塞长度逐渐增大,而持液率逐渐减小。     

空气－水混合物横掠垂直管束流动特性的研究

对空气－水两相混合物在折流板壳管式换热器壳侧沿水平方向横掠垂直管束的截面含气率及摩擦压降进行了实验研究。试验表明，截面含气率的测量值小子均相模型的预测值，且随质量流速的增加而增大，提出了一种新的截面含气率的计算模型。试验发现，两相摩擦因子能很好地与马蒂内利参数关联，并与流型有关。     

垂直环空气液两相流流型的实验研究

针对国内外井涌理论中存在的问题，对空气－水、空气－泥浆两相流系统进行了实验研究．用垂直环空管流实验架、井眼数据测量与传输遥测系统，以及计算机实时数据采集系统，获取了大量实验数据．在此基础上，绘制了空气－水、空气－泥浆两相流的流型图，并利用回归分析的数学方法获取了空气－泥浆两相流泡状流向弹状流过渡的过渡区数学模型．     

垂直环空空气－泥浆气液两相流实验研究

对空气在垂直环空泥浆中流型分布规律及运移规律进行了研究，结果表明，气体在泥浆中流型分布与在水中流型分布相比差别很大，同样流型下气体在泥浆中的上升速度比在水中上升速度略低，但基本接近，然而二者的数学表达式却相差甚远．这是因为在同样的含气率的情况下，在空气－泥浆两相流系统中，从泡状流向团块状流过渡要比空气．水两相流系统中早得多．实验还发现，在常温常压且泥浆粘度高的情况下，空气泥浆两相流系统中不存在泡状流，气体含量小时即为弹状流，因此．气体在水中的流型分布规律及上升速度模型不能简单地用于泥浆作为液相的气液两相流中．     

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.     

多相流检测技术在石油工业中的应用

多相流体流动在石油工业中普遍存在,多相流检测技术须用于解决石油工业中多相流体流动问题。近几年来石油工业中多相流检测技术正在快速发展,为解决多相流体流动问题带来了希望。石油工业中多相流体检测中的几个重要参数包括压降、空隙率、速度、流量等。随着科学技术发展的趋势,石油工业中多相流检测技术有较好的发展方向     

圆形管道中气-液两相流总体空隙率的测定

作者就圆形管道中气-液两相流总体空隙率的测量进行了研究.对传感器结构提出了优化条件,使用参考电极测定液相电导率的变化,以克服对测量结果的影响.     

基于空隙率波特性的垂直气液两相流流型判别研究

通过实验得到了垂直管内气液两相流动各种流型的空隙率波,对空隙率波进行信号处理,得到了泡状流、弹帽泡状流、段塞流、沫状流等各种基本流型的空隙率概率密度分布规律和频谱。结果表明,不同流型的空隙率波、概率密度函数(PDF)曲线和频谱曲线具有不同的特征,截面平均含气率越高,空隙率波的频率越趋于单一。因此在不可视的条件下可以根据空隙率波特性,利用这些曲线特别是PDF曲线特性判别流型。     

水平管泡状流强制扰动下的空隙波特性

在水平透明玻璃管内以空气和水为流体介质研究了强制扰动下气-液两相泡状流空隙波的特性,应用高速摄影仪和电导探针,对不同扰动频率下空隙波的不稳定性和波速进行了观察测量.研究结果表明,空隙波对于外界周期性扰动具有频率选择特性,随含气率的提高,扰动传播的衰减减慢,流动不稳定性增加.对应于一定的扰动频率,空隙波有不同的速度概率分布,呈现色散特性.空隙波的波速概率分布在两相混合流速处出现峰值,向两侧加速递减,与高斯分布接近.     

竖直气液两相管流中空隙率波及其不稳定性分析

对竖直气液两相管流中的空隙率波进行了测量和分析。结果表明 ,不同流型的空隙率波其传播速度不同 ,并随含气率的升高而增大 ,泡状流“失稳”前后空隙率波的相速度与群速度不相等 ,属于色散波。利用扰动方法研究了空隙率波的不稳定性 ,发现某些频率的扰动能使空隙率波的波速和相速度有所提高。非线性分析结果表明 ,泡状流“失稳”时是一个混沌动力系统。空隙率波的增长系数求解结果表明 ,泡状流向弹帽泡状流转化时 ,空隙率波对有限扰动是不稳定的 ,并对扰动的频率有所选择。当扰动频率与空隙率波的主控频率相近时 ,空隙率波呈最大增长状态。     

涡轮流量传感器测量气液两相流的数值仿真与实验验证

以Fluent软件为工具,采用双流体模型,对涡轮流量传感器测量体积含气率低于10％的气液两相泡状流进行了数值仿真．提出了以仪表系数迁移量为评价涡轮流量传感器测量气液两相流性能的方法．通过对传感器内部流场的分析可知：随着入口体积含气率的增加,叶片吸力面侧、叶片尾缘附近的气相体积分数明显增加,导致传感器仪表系数迁移量明显增大．以现有传感器与改进传感器的仪表系数迁移量仿真值的对比为判定依据,对现有传感器进行了改进设计．在天津大学自动化学院气液两相流装置上进行了实验,验证了该改进设计的有效性.