水平管泡状流界面浓度研究

利用双头电导探针测量技术,研究了水平管内空气－水两相流的界面浓度,并得到了气液两相流的界面特性参数（如气泡速度,气泡尺寸和界面浓度）及其随气液两相流量的变化规律,研究发现：随着气相流量的增大,各点的气泡速度,气泡尺寸,界面浓度相应增加,随着液相流量的增大,除气泡速度随之增大外各点的其它参数随之减小,水平管内界在浓度在同一测量角度的径向分布类似,界面浓度在管内除水平管径方向外,沿其它方向的分布都是非     

水平管内气液环状流液膜及扰动波特性

针对重力引起的水平环状流液膜厚度沿周向分布的不对称性,用5组双平行电导探针测量了周向5个角度处的瞬态液膜厚度随时间的变化.分析了平均液膜厚度沿周向的分布及其随气、液折算速度的变化特性.运用时频分析方法研究了环状流扰动波信号的概率密度函数、概率分布函数、自相关函数、互相关函数以及功率谱密度函数的基本特征,揭示了扰动波的特性及其沿周向的频率分布规律,为水平环状流液膜厚度的预测模型提供了实验依据.     

水平管内气液两相泡状流的紊流结构

用热膜探针对内径为35mm的水平管内泡状流中的紊流结构进行了测量，发现在管道下部非常低的局部含气率处，紊流脉动速度和紊流强度与单相液流时的相应值类似，而在管道上部的高含气处，气泡的出现极大地增强了脉动和紊流强度，局部的紊流强度是局部含气率的强函数，靠近管中心稍偏上的区域在一定的参数范围内，相应于较高气流折算速度的紊流脉动和紊流强度低于气流折算速度的相应值，紊流强分布规律从铅垂方向到水平方向随测量角增大击趋于对称。     

管道内气液两相泡状流k—ε—kg—εg模型

从标准的单相湍流k-ε模型出发,提出了一个任意非正交曲线坐标系下模化管道内气液两相泡状流的k-ε-kg-εg模型。在该模型中,气泡湍动能的耗散受其自身耗散方程的制约,并全面考虑了气泡湍动能本身的对流、扩散、生成和耗散以及与液体之间的耦合作用。该模型在理论上比k-ε模型和k-ε-kp模型更加完善。采用该模型的数值模拟结果与试验数据吻合良好,二者相对误差在计算范围内不超过20％。     

水平管内气液两相泡状流壁面切应力的研究

利用TSI-1268W热膜探针测量了内径为35mm的水平管内气液两相泡状流的壁面切应力，得到了充分发展段同一截面上不同周向位置处的壁面切应力及其波动幅度数据．结果显示，管道顶部壁面切应力瞬时信号的功率谱密度没有明显的单一峰值，表明壁面切应力的变化具有非周期性特征．液相中加入气泡后，在管道下部的壁面切应力增大，在含气率较高的管道上部出现了壁面切应力减小的现象．随着气相流速的增加，管道上部的壁面切应力有较小幅度的降低，管道中下部的壁面切应力有较大幅度的增加；随着液相流速的增加，管道中下部的壁面切应力增加的幅度基本相同．低液流速度下，在管道上部，泡状流时的壁面切应力波动幅度要小于单相液流时的值，并随着气相流速的增加而减小，在管道下部，泡状流时的壁面切应力波动幅度与单相液流时的值接近．气泡的加入似乎对壁面切应力的波动有抑制作用，在高液流速度下，加入气泡对壁面切应力波动幅度的影响变小．     

水平管内气液两相泡状流压力波数学模型及其数值模拟

利用整体平均两流体模型,合理引入虚拟质量力、粘性剪切力和拖曳力引起的界面动量交换等封闭条件,建立了水平气液两相流动中压力波的数学模型.根据小扰动原理和线性一阶齐次方程组有解的条件,得到水平气液泡状流的压力波色散方程.色散方程的计算结果与前人实验数据显示很好的一致性.进一步的数值计算,系统分析了含气率、系统压力、壁面剪切应力、扰动频率和封闭条件中虚拟质量力、拖曳力对压力波传播速度和衰减的影响.结果表明:系统压力的降低、含气率的增加以及壁面剪切应力的存在,都会降低压力波的传播速度,并使压力波衰减加快;而扰动频率、虚拟质量力和拖曳力对压力波的影响,在低频和高频段差异很大.     

层流泡状流运动的数学模型

研究在绝热条件下层流泡状流在垂直管段中充分发展段的运动情况。在对气泡受力进行分析的基础上,采用双流体模型及时间平均方法,建立了用于预测空泡率、液相速度等重要参数径向分布的数学模型,并针对实验条件进行了数值计算,计算值与实验数据吻合得很好。计算结果表明,壁面存在的影响是空泡率分布在近壁处产生尖峰的原因。该文提出一种新的壁面存在引起的作用力的表达式,可以较好地预测层流泡状流的运动情况。     

层流泡状流双流体模型的积分解法

为弥补用于泡状流双流体模型的直接离散差分解法无法比较直观地揭示流场成因的缺陷,针对最基本的泡状流(垂直圆管内充分发展段层流泡状流)提出了一种双流体模型解法——积分解法。首先通过对双流体模型进行符号积分,得到表示该模型的近似解析解,然后再用数值方法迭代求得数值解。该积分解法得到的近似解析解比较直观地表明:液相轴向速度主要与阻力、浮力和空泡率有关,而空泡率则主要受升力和壁面力的影响。数值解与实验数据基本吻合,预测精度一般不低于75%。     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术,其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据.首先,通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W/O)向水包油型(O/W)的转变发生在含水率约为0.45时.垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流.通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式,该转变发生的临界截面含气率约为0.35,计算结果与实验值的平均误差为11%.泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小,含水率对转变界限的影响较弱.     

油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术，其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据．首先，通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W／O)向水包油型(O／W)的转变发生在含水率约为0．45时．垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流．通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式，该转变发生的临界截面含气率约为0．35，计算结果与实验值的平均误差为11％．泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小，含水率对转变界限的影响较弱．     

水平管气液两相泡状流入口段流速场的实验研究

用热膜测速技术对水平管气液两相泡状流入口段中的液流速度及局部含气率分布进行了研究．实验时液流折算速度为3．5～4．0m／s，气流折算速度为0～0．44m／s．结果表明，在入口段中液流速度随液流折算速度的增加而增加，随气流折算速度的增加而分布更不均匀．含气率随气流折算速度的增加而增加，随液流折算速度增加分布趋于均匀．在本实验范围内，当实验测试段长度与管径比L／D大于109后，液流速度和局部含气率的分布随L／D的变化已不很明显，可认为达到充分发展区域．     

垂直气液两相管流中的空隙率波测量

在直径为112.5mm, 长度12m的垂直管中,利用阻抗式空隙率计对垂直气液两相管流空隙率波进行了测量。结果表明连续相表观流速和管径对流态的演化和空隙率波的传播特性有较大的影响。连续相表观流速大,泡状流失稳的临界含气率低;管径大,空隙率波的传播速度高。分析结果表明流动湍流度对流态的演化起非常重要的作用。对空隙率波的分析表明不同流态的空隙率波的PDF和频谱曲线具有不同的特征;含气量越高,空隙率波的频率越趋于单一。     

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.     

水平管气液分层流压力梯度和含气率计算方法研究

在内径为80mm的大型多相流实验环道上，深入研究了高气相流速下气液分层流压力梯度和截面含气率特性，截面含气率采用双能伽马射线密度仅测量．通过对相间剪切应力的研究，提出应用气相动量方程计算压力梯度和界面含气率．采用FLAT、ARS、MARS 3种界面形状模型计算了水平管气液两相分层流压力梯度和截面含气率，并将计算结果与实验结果进行了对比分析,ARS和MARS模型的预测结果接近且误差小，因此推荐采用ARS或MARS模型预测高气相流速分层流压力梯度和截面含气率．     

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.     

应用电阻层系成像技术测量垂直管道气/液两相流分相含率

通过对垂直管道中气／液两相流截面相含率测量影响因素的分析,以电阻层析成像系统为检测工具,提出了提取原始测量数据边界特征值的方法和描述气／液两相流截面相含率的特征函数,得到了气／液两相流的截面含气率,仿真计算与实验测试结果表明,在研究导电的液相为连续相的气／液两相流情况下的分相含率时,上述方法是一种有效的测量手段．     

论微重力弹-环状流转换的空隙率匹配模型

对基于微重力条件下,气／液两相弹状流滑移流率关系和光滑环状流动量平衡关系的弹-环状流转换空隙率匹配模型的解的特征,进行了深入分析．发现该模型具有双解、单解和无解三种情况．由此阐明了该模型难以正确预测微重力条件下气／液两相弹-环．状流转换条件的原因在于光滑环状流动量平衡关系的非客观性．     

矩形窄缝通道泡状流向弹状流流型转化研究

在高温空气加热矩形窄缝通道（高1min、宽20mm和高2min、宽20mm）实验的基础上，对其水一水蒸气汽液两相流中的泡状流向弹状流转化进行了理论研究．在漂移流模型的基础上得出了泡状流向弹状流转化的流型转化准则，并与实验数据进行了初步比较，二者符合较好．研究发现：在此实验条件下，泡状流向弹状流转化时的空泡份额值要大于以前研究文献中给出的值；转化时空泡份额的值会随着热流密度的增大而减小．研究的结果对于反应堆换热元件的设计和运行以及安全分析均具有重要的意义．