基于分形理论的液塞长度分析

利用以自相似性为基础的分形理论对管内径为 5 0mm的水平管道的段塞流液塞长度分布进行了统计分析。结果表明 ,水平管中的液塞长度分布遵循分形统计规律 ,充分发展段的平均液塞长度为管径的 11～ 17倍 ,最大液塞长度为管径的 2 5～ 39倍 ,平均液塞长度和最大液塞长度均与气液相混合速度之间具有线性关系。试验研究还表明 ,重标度极差分析法是计算反映液塞长度波动过程具有长程相关性的Hurst指数的有效方法。Hurst指数与气液相混合速度之间具有缓降的线性关系 ,可以用Hurst指数反映出的FBM随机过程的持久性和反持久性预测液塞长度的发展趋势     

基于分形理论的液塞长度分析

利用以自相似性为基础的分形理论对管内径为50mm的水平管道的段塞流液塞长度分布进行了统计分析。结果表明，水平管中的液塞长度分布遵循分形统计规律。充分发展段的平均液塞长度为管径的11-17倍，最大液塞长度为管径的25-39倍，平均液塞长度和最大液塞长度均与气液相混合速度之间具有线性关系。试验研究还表明，重标度极差分析法是计算反映液塞长度波动过程具有长程相关性的Hurst指数的有效方法，Hurst指数与气液相混合速度之间具有缓降的线性关系，可以用Hurst指数反映出的FBM随机过程的持久性和反持久性预测液塞长度的发展趋势。     

空气水两相段塞流的跟踪模拟及试验研究

分析了前人提出的段塞跟踪模拟方法的优缺点 ,根据液塞头部的加速压降和入口液塞长度分布特征对段塞跟踪模型进行了改进。采用面向对象技术 ,实现了水平和倾斜管道段塞流的跟踪模拟 ,并与多相流试验环道的空气水试验数据进行了对比。模拟结果表明 ,当不考虑加速压降时 ,用跟踪模型预测的压降低于实测值 ;当考虑加速压降时 ,用跟踪模型预测的压降高于实测值。在管道上固定位置测出的压力信号符合正态分布 ,管道上某一固定点处液塞头部和尾部的速度分布也符合正态分布。当不考虑气泡尾波作用时 ,液塞长度沿管线增长较慢 ,分布形状无变化 ;但是考虑气泡尾波作用时 ,在入口附近液塞长度平均值增长较快 ,统计分布沿管轴向呈对数正态分布。     

空气—水两相段塞流的跟踪模拟及试验研究

分折了前人提出的段塞跟踪模拟方法的优缺点，根据液塞头部的加速压降和入口液塞长度分布特征对段塞跟踪模型进行了改进。采用面向对象技术，实现了水平和倾斜管道段塞流的跟踪模拟，并与多相流试验环道的空气—水试验数据进行了对比。模拟结果表明，当不考虑加速压降时，用跟踪模型预测的压降低于实测值；当考虑加速压降时，用跟踪模型预测的压降高于实测值。在管道上固定位置测出的压力信号符合正态分布，管道上某一固定点处液塞头部和尾部的速度分布也符合正态分布。当不考虑气泡尾波作用时，液塞长度沿管线增长较慢，分布形状元变化；但是考虑气泡尾波作用时，在入口附近液塞长度平均值增长较快，统计分布沿管轴向呈对数正态分布。     

严重段塞流压力波动特性试验

为了考察上升管中严重段塞流的变化规律,在强烈段塞流模拟试验装置上利用压力传感器对严重段塞流进行了测试.通过对单个液塞经过管道上某一测压点时的压力信号的理论分析,给出了压力波动曲线上的特征点与液塞相对于测压点位置之间的对应关系,并得到了利用单压力信号求得液塞运动速度、液塞长度和循环周期等特征参数的方法.研究结果表明,在进口气液相流量恒定的流动中,严重段塞流具有严格的周期性,它的液塞速度、液塞长度和循环周期等参数随时间变化而波动的幅度很小.     

严重段塞流压力波动特性试验

为了考察上升管中严重段塞流的变化规律,在强烈段塞流模拟试验装置上利用压力传感器对严重段塞流进行了测试.通过对单个液塞经过管道上某一测压点时的压力信号的理论分析,给出了压力波动曲线上的特征点与液塞相对于测压点位置之间的对应关系,并得到了利用单压力信号求得液塞运动速度、液塞长度和循环周期等特征参数的方法.研究结果表明,在进口气液相流量恒定的流动中,严重段塞流具有严格的周期性,它的液塞速度、液塞长度和循环周期等参数随时间变化而波动的幅度很小.     

基于离心法引发的气液两相环状流的数值模拟及流量测量研究

用数值模拟方法研究了水平管内气液两相流经过旋流叶片这种离心原件的流动特点。入口为段塞流,空气为主相,水为次相。研究在离心力作用下给气液相分布和流型转变带来的影响。模拟结果表明段塞流经过离心原件后流型转变为环状流;且环状流的液膜相对比较均匀。实验引进了3D打印技术,试制了旋流叶片,并开展了气液两相流实验研究,采用多普勒流速仪测量,通过对液膜速度分布曲线积分即可获得液相质量流量。实验取得了良好的结果,误差基本都在10%以内。实现了管内相分离和流量的非介入式测量,为气液两相流计量提供了指导意义。     

小长径比组合立管内液塞长度演化规律

以气液柱状旋流分离器(GLCC)入口管之前的小长径比组合立管为对象,建立一套气液两相流试验系统,实验研究组合立管内不同位置的液塞长度统计分布规律。结果表明:液塞从水平入口段进入立管段直至排出的过程中存在液塞减速与加速现象,计算液塞长度时必须考虑。水平入口段、立管段及水平出口段的液塞长度分布均符合对数正态分布;随折算气速增大,入口段平均液塞长度先增大后减小,出口段平均液塞长度则呈减小趋势。在低折算液速下,立管段平均液塞长度随折算气速增大而减小;高折算液速时,平均液塞长度随折算气速增大先增大后减小。液塞通过整个组合立管的过程中,平均液塞长度先增大后减小。     

基于CFD的海洋立管系统严重段塞流数值模拟

利用CFD软件Fluent建立二维全尺寸仿真模型,对立管实验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟研究。模拟方法中,采用液体体积函数(volume of fluid,VOF)法追踪气液界面;将长距离海底管道等效为箱体,以提高计算效率。模拟出了立管系统中的四种流型:典型严重段塞流(SSI)、严重段塞流II(SSII)、过渡流型(SST)和稳定流动;并对这四种流型的模拟结果进行了实验验证。最后,对典型严重段塞流的瞬态流动特性进行了深入分析。结果表明:采用数值模拟方法计算效率高,可准确模拟严重段塞流现象,为长距离立管系统中严重段塞流研究提供了切实可行的模拟方法。模拟工况下,气液喷发的瞬时质量流量可达入口的2.5倍以上,气液平均流速可达入口的4.5倍以上,其瞬态流动特性的分析对严重段塞流危害的准确评估有重要意义。     

强烈段塞流特征参数试验研究

为了寻求强烈段塞流特征参数的变化规律,在高4 m、内径50 mm的管线中利用双平行电导探针测试了强烈段塞流的持液率信号,并用互相关法对其进行了分析,得到了强烈段塞流的液塞速度、液塞长度随气、液相折算速度及下倾管倾角的变化规律。结果表明,当气相折算速度恒定时,随着液相折算速度的增大,液塞速度、液塞长度均线性增大;当液相折算速度恒定时,随着气相折算速度的增大,液塞速度线性增大,而液塞长度呈双曲型减小;当气、液相折算速度恒定时,随着下倾管倾角的增大,液塞速度、液塞长度都稍有增大。     

两相弹状流中液弹及气泡合并情况的研究

对气液两相弹状流中液弹和气泡合并情况进行了研究．得出最小稳定液弹长度是液弹尾部达到充分发展的速度分布所需的长度．通过对液弹内弥散气泡的统计分析，得出稳定液弹内不存在直径大于５ｍｍ的气泡．借助流动可视化技术，对弹状流中各种尺寸气泡的合并情况进行了描述，得出小气泡之间的合并为二元式合并，而小气泡与大气泡之间的合并是非二元式合并．     

油气混输管道段塞流稳态计算模型

在石油工业中油气混输管道中的段塞流的水力计算一直是多相流管道稳态工艺计算中的难点。本文在总结国内外相关研究成果的基础上提出了一种基于段塞流结构参数的计算方法。计算结果表明,该模型能够对段塞流的压力梯度进行模拟,在油气混输管道的水力计算方面具有实用价值。     

垂直管内油—气—水三相弹状流流动特性的研究

采用高速动态分析系统和光纤含气率测量仪,研究了垂直上升管内油－气－水三相弹状流流动特征的规律．实验表明,短时域内平均截面含气率是判断三相流流型的有效方法．通过改变三相流系统中的体积含水率,研究了它对液弹内平均截面含气率的影响;最后,用高速动态分析仪可视化测定了各个工况下的平均液弹长度．     

通球清管过程中微起伏管内的段塞流特性试验研究

利用室外大型多相流试验环道进行了段塞流的清管通球特性试验，以空气，水为试验介质，在多种气液流量下测量了管道中不同位置处的压力，压差，并记录了清管通球过程中管道入口的流量变化，分析试验结果发现：清管球进入管道后会引起气液流量变化，并会使管道中流体的流动出现短暂停滞，管道中各点的压力会逐次达到一个远远超过稳态的高压力值，清管球的运动速度，球前，后的压差是液混合速度和距管道入口距离的函数。     

气液两相弹状流动中气弹及其尾流气泡参数的瞬态测量

利用管内气液两相弹状流中因气弹周围液膜加速、减速所致的波动差压,实验测量了气弹速度、气弹长度以及气弹尾流作用长度等参数,并利用气弹尾流气泡群在尾流瞬变压力激励下所辐射的声波及其频谱,对尾流气泡群的最可几尺寸进行了测量．实验结果及误差分析表明,该测量方法比传统方法在无流场干扰、测量结果多样性等方面显示出较强优越性．     

修正QUICK格式及其在弹状流中的应用

提出了一种适用于非均分网格的对流项差分格式优化ＱＵＩＣＫ格式,对数值传热学经典问题进行了验证性计算,得到较为理想的结果．应用这种优化ＱＵＩＣＫ格式结合ＳＩＭＰＬＥＣ算法,计算了垂直上升管中弹状流泰勒气泡周围的流场．在此基础上求解修正动量积分方程,从而修正气泡的形状,以满足对气泡内部压力恒定的要求,并选出合理的气泡上升速度．     

垂直及倾斜上升弹状流的实验研究——下降液膜

目的 研究垂直及倾斜上升弹状流中下降液膜的流动特性。方法 采用ＥＫＴＡＰＲＯ１０００型高速动态分析仪测量垂直及倾斜上升管内气液两相弹状流中下降液膜运动速度及其厚度沿Ｔａｙｌｏｒ气泡的变化情况。结果 获得了有关下降液膜流动特性的无干扰流场测量数据。结论 液膜的流动特性与管倾角、气液流速以及Ｔａｙｌｏｒ气流长度有关,其中气泡长度是最主要的影响因素,在高混合物流速下,流动趋于轴对称,此时可忽略倾角的影响     

圆管内油—气—水三相弹状流的生成和发展

利用高速动态分析仪清晰的可视化效果。在一个宽广的流速范围内,观察了垂直上升圆管内油－气－水三相弹状流的形成和转化。将Weisman流型转化过渡区的概念应用到油－气－水三相弹状流流型的研究中,量化了弹状流转化过渡区的边界。提出的弹状流的生成转化边界、弹状流的发展转化边界,很好地包容了前人所得到的弹状流转化边界,为解释众多弹状流边界模型的不一致性,以及合理认识弹状流的特性提供了更可靠的理论依据。     

循环流化床锅炉冷渣器内气固两相流场的数值模拟

针对循环流化床锅炉风水联合式冷渣器内颗粒浓度高、相互间作用力强的特点,在引入颗粒流运动理论的基础上,把在物理上是单个粒子的固体相看作连续介质,采用Euler方法对冷渣器在不同工况下的出渣量,以及气泡在不同生长阶段的流型进行了数值模拟, 并与试验结果作了比较.结果表明:出渣量的计算值与测量值符合良好,误差都在±25%以内;气泡在床层内生长阶段以及在床层外破碎阶段的计算流型与可视化流型比较一致,说明此模型能够较好地预测冷渣器内的气固两相流动.同时,还进一步研究了气体相和固体相在气泡的产生、发展、破碎过程中的运动,发现它们在床层和气泡中的位置对其运动具有强烈的影响.