水平肘管内气固两相流动特性的研究

本文通过对弯管内气固两相流动的数值计算,建立了固体颗粒在惯性离心力的作用下,从气流中向弯管外侧壁面分离的规律与斯托克斯准则数和颗粒在弯道内运动角度的关系.对水平肘管内气固两相流动特性进行了实验研究,得出在 R_0/d 分别为2和4、一次风速分别为15m/s 和20m/s、煤粉平均粒径为50～60μm、煤粉浓度为0. 2kg/m~3的工况下,当煤粉-空气混合物流过弯头的角度≥45°时,约有80%以上的煤粉颗粒沿弯管外侧形成一股高煤粉浓度的气流流出.这一结果与数值计算结果较吻合.实验与理论计算结果为开发煤粉浓缩燃烧技术提供了重要的理论依椐.     

宾汉流体与颗粒间的密相两相湍流研究

参照密相液固两相湍流方程，并考虑到宾汉流体的本构关系，建立了描述汉流体与颗粒间的两相湍流流动的控制方程，编制了计算程序，为数值计算奠定了理论基础，采用IPSAR（Inter Phase Slip Algorithm Revised）算法，对直圆管内的宾汉流体与颗粒间的两相湍流流动进行了数值计算研究。结果表明：在直圆管中，颗粒相的速度分布比较均匀，且其在壁面处高于宾汉流体，随着屈服应力的增加，两相主流速度均减小，同时宾汉流体动能有减小的趋势，而颗粒相体和浓度则呈现出增加的趋势，因此宾汉流体的了应力及对其湍流流动有重要的影响。     

颗粒堆积床内两相流动阻力及相间摩擦力

为了探究颗粒堆积多孔介质通道内两相流动阻力特性,使用不同尺寸的球形颗粒构建实验床,在碎片床冷却性实验装置(DEBECO)上进行了气-水两相流动实验.基于实验数据,对比验证了多孔介质内两相流动阻力压降预测模型,重点分析了颗粒床内气液两相相间摩擦力对阻力压降的影响.结果表明:对小尺寸(如d=1.5mm)颗粒堆积床,气液两相相间摩擦力对其两相流动阻力压降影响微弱,两相流动阻力压降随气速增大呈逐渐上升的趋势;对大尺寸(如d=6mm)颗粒堆积床,在低速下气液两相相间摩擦力对阻力压降影响显著,随气速增大,其阻力压降出现先下降后上升的趋势.     

水平竖直上升弯管内煤粉与空气两相流的流动特性研究

对煤粉空气两相流在水平竖直向上弯管及弯管后上升直段中的煤粉浓度分布特性进行了实验研究，实验表明，在弯管的充分分离段，弯管外侧壁脊线附近煤粉浓度特别高，其余部分浓度较低且较均匀；在弯管的初始阶段大多数颗粒被强烈的惯性力分离出主气流，向外侧壁集中，气流的平均速度对惯性分离有较明显的影响；弯管造成的煤粉浓度分布不均匀性在流经ｌ／Ｄ＝６的竖直上升直段后仍未消失。     

循环流化床锅炉气固两相流动特性的试验研究

对影响循环流化床气固两相流动特性的因素进行了试验研究。结果表明,在循环流化床内存在着两个界限很明显的区域:下部的密相区和上部的快速区;在快速区内部分颗粒均匀地悬浮在上升气流中,另一部分形成颗粒团,它在循环流化床内作剧烈的上下运动,使床内颗粒浓度分布比较均匀;循环流化床内,床层密度在底部较大,风速增加,床层密度下降。     

基于fluent的弯管流动模拟研究

以工程实际中广泛应用的管道为基础,针对管道输送中的薄弱环节弯管部分,采用FLUENT流体力学数值模拟软件和有限体积法,建立油水两相流流场的数学模型,研究弯管油水两相流动的速度、压力、流线分部的特性.结果表明该数值仿真方法对两相流具有较好的模拟.     

错流移动床内气固两相流动特性的研究

建立了错流移动床气固两相流动的实验系统。研究了错流移动床内单相流动和两相流动时的压降、颗粒流动对压降的影响;以及颗粒尺寸、形状对床内压降的影响。结果表明床层压降随着气速的增大而增大;气速越小,气体沿床层高度分布越均匀。颗粒流动对整床压降几乎没有影响。颗粒的粒径越小,床层压降越大。不同形状的颗粒由于空隙率和堆积结构不同导致床层压降不同,椭球形颗粒压降最大,圆柱形颗粒压降最小。另外,建立了计算不同尺寸圆柱形颗粒的压降的关联式,预测值与实验值十分吻合。     

环管反应器内液固两相流的数值模拟

为了对环管反应器内液固两相的流动形态进行研究,建立以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型。在浆液流速远大于自由沉降速度的情况下,模拟不同浆液入口速度时的环管反应器上升段压力降,同时对管道内液固两相流中的一些重要参数进行数值研究：在入口液固两相体积分布均匀的情况下,环管反应器上升段、弯管段以及下降段液固两相体积分布和液固两相速度均不一样,在弯管段由于离心力引起管道内二次流,使得固相颗粒甩向弯管的外侧壁,引起固相体积分数在弯管外侧壁明显增大,管道内固体颗粒相分布不均。在浆液速度v=3m.s-1时,液相和固相的速度有一定的速度差,随着入口速度增大,速度差变小;当浆液速度v=7m.s-1时,固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同,两者之间的滑移速度可以忽略。计算结果与传统经验公式的比较表明模型能有效地描述环管反应器内压力降和反应器内浆液流动形态。     

CE─WR燃烧器弯管内两相流研究及其稳燃

运用气固两相流动的相似理论，对电厂实际煤粉空气两相流动进行了模化，就竖直向上转水平弯曲圆管内气固两相流动作了试验分析和理论探讨，分别就不同弯曲半径、不同煤粉进口浓度和不同隔板长度下浓淡分离程度以及弯曲圆管后水平段内煤粉颗粒的恢复特性进行了试验研究，并从弯管浓淡分离效果角度对ＣＥ－ＷＲ燃烧器进行稳燃理论分析，得出了一些有意义的结果，可为电厂实际运行工况的组织与调整提供依据。     

油气两相流流过弯管的局部阻力特性研究

以油气、气水为工质，对进口水平、出口垂直向上的９０弯管内气液两相流局部阻力特性进行了实验研究．弯管内径４５ｍｍ、弯曲半径为３００ｍｍ．根据实验结果，总结出了气水、油气两相流体流过弯管时的局部阻力变化规律，并与前人的结果进行了比较．重新提出了统一的弯管局部阻力计算公式，计算值和实验值符合良好．     

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．     

垂直管道中固液两相流动摩擦损失

本文运用两流体模型,提出计算垂直管道中固液两相流动摩擦损失的“双向”耦合数值方法。通过数值计算,研究固相颗粒直径、密度、浓度和液相速度对摩擦损失的影响。计算结果表明,摩擦损失随固相颗粒直径、密度、浓度和液相速度的增大而增加。本文的计算结果与试验值基本吻合。     

不同弯型管道内粉尘爆炸传播规律

为探究粉尘爆炸在弯型管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了S型、U型、90°弯管与长直管道4种结构,利用玉米淀粉为实验介质,测试研究了粉尘爆炸在弯管内的压力发展与火焰传播速度变化规律.结果表明:对于所建立的管道系统,当粉尘浓度相同时,超压峰值在整体管道内的传播呈下降趋势,但其在弯管处的衰减程度会有所降低,且4种管道衰减程度由高到低依次为:直管>90°弯管>S型弯管>U型弯管;火焰在管道内呈持续加速状态,但弯管处的火焰上升幅度明显小于直管,弯管对火焰的传播起阻碍作用.以上研究结论对于除尘系统的防爆设计具有参考价值.     

Seeing a new dimension-The past decade’s developments on electrical impedance tomography

Multi-component and multiphase fluid flows exist in many industrial processes. The phase distribution and interfaces in an aqueous-based process or multiphase flow carries significant information about the processes. Due to the correlation of the multiphase and independency of each phase, the correct measuring of multiphase flow, in the terms of concentration, disperse interface, local velocity and mass flow rate, are of extremely challenged tasks. In 1990s, electrical capacitance tomography was originally developed for oil-water two-phase flow, then electrical resistance tomography was introduced from medical research to process engineering. Significant progress has been made during the past decade and now the technology has been proved as a powerful tool for mapping the concentration and velocity distributions of the second phase in two-phase flows, where electrical impedance differences between the two-phase fluids exist. Previous and current work on electrical resistance tomography by the author and his colleagues are reviewed. Developments on sensor, measurement, image reconstruction and application are also briefly introduced. At the end of the paper, existing challenges and prospect of new dimensions in process tomography are discussed.     

垂直管中油-水两相流动的持水率预测方法研究

对油－水混合物在垂直管道中的流动进行了实验研究。将漂移流动模型进行了改进，并运用于实验数据的处理中。通过非线性曲线拟合的方法确定了关键参数，建立了持水率预测的新方法。利用公开发表的数据对新建模型进行了验证。研究结果表明：油、水的滑脱程度受到油、水配 比及混合物平均流速的影响，且在低含水率及低流速条件下尤为严重；新建模型较文献中已发表的模型具有更高的精度，可对不同来源的数据进行较为准确的预测。     

不同管径水平管油气两相流压降模型

为得到准确的不同管径水平管气液两相流的压降预测模型,用5号白油和空气在内径为40、60、75 mm,长11.5 m的测试管内进行了水平管气液两相流实验,并结合理论分析研究了不同管径水平管气液两相分层流和环状流压降模型。结果表明:相同气、液量条件下,压降随着管径的增加而减小,且管径对压降的影响较大。结合实验中观察到的流型,分别建立了水平管层流和环状流的压降计算方法,其中层流压降模型中的液相折算系数和环状流压降模型中的气液界面摩擦系数均考虑了管径的影响,新方法对不同管径条件下实验压降预测准确,整体平均绝对误差为6.4%。     

水平气井井筒气液两相流型预测

准确判断产水水平气井井筒流型是预测其井筒压降、合理制定排水采气方案的关键。水平井沿流向井斜角从90 °到0连续变化,目前尚无描述水平井两相流动的统一流型图,只能分别采用描述水平管、倾斜管和垂直管的3个流型图来分段处理,各流型图实验条件差异大;且产水气井日产水量极小,气液比极高,易超出工程常用气液两相管流流型图的坐标值范围,导致其预测结果误差大。为此研制了水平段-倾斜段-垂直段的水平井空气-水两相流动模拟实验装置,考虑产水气井特高气液比的特点开展了7组管斜角641组水平井气水两相管流流型实验,归纳水平气井的5种流型及其典型特征。引用Duns&Ros定义的无因次气液速度准数,增加管斜角为X轴,绘制了描述水平气井气液两相管流的三维流型图,给出了BP神经网络模型预测水平气井井筒流型的方法。川西气田20口水平气井测压数据验证表明,该流型图预测正确率达90%。     

Mixed Model for Silt-Laden Solid-Liquid Two-Phase Flows

The kinetic theory of molecular gases was used to derive the governing equations for dense solid-liquid two-phase flows from a microscopic flow characteristics viewpoint by multiplying the Boltzmann equation for each phase by property parameters and integrating over the velocity space. The particle collision term was derived from microscopic terms by comparison with dilute two-phase flow but with consideration of the collisions between particles for dense two-phase flow conditions and by assuming that the particle-phase velocity distribution obeys the Maxwell equations. Appropriate terms from the dilute two-phase governing equations were combined with the dense particle collision term to develop the governing equations for dense solid-liquid turbulent flows. The SIMPLEC algorithm and a staggered grid system were used to solve the discretized two-phase governing equations with a Reynolds averaged turbulence model. Dense solid-liquid turbulent two-phase flows were simulated for flow in a duct. The simulation results agree well with experimental data.     

水平管内气液两相族流的流型及其变化规律

在水一空气两相流实验台上对水平管内由切向喷射方法产生的气一液两相切向旋流的流型进行了细致的观测和分析，发现并定义了水平管内两相旋流的５种流动状态，分析了其流动特点；研究了入口气／水流量、旋流强度以及溢流出口溢流现象等因素对流型变化规律的影响，并与无旋两相流的有关研究结果进行了比较．