水平管内气液相相泡状流进口段的实验研究

在水、空气实验回路上对水平管内气液两相泡状流的壁面切应力进口段进行了实验研究,通过测量实验段入口段的压强梯度沿管长的变化来确定进口段的长度,在实验中,分别使用了轴向进气（A型）和径向进气（B型）2种混合器,通过以实验数据的综合分析,给出了预测进口的关联式,实验及计算表明,在实验参数范围内,控制单相水和两相泡状流壁面切应力进口段的主要机理是相同的;进口段长度随流流雷诺数的增大而增大,随截面含气率的增加而增大;实验值和估算值的偏差在10．8％以内。     

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。     

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．     

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％。     

水平管气液两相环状流小破口泄漏相分离预测

多相流体通过管壁破口会发生相分离,导致泄漏流体的气液相比例与主管出现差异。为预测水平管环状流泄漏相分离特性,综合考虑了周向液膜分布不均匀影响,建立了不同方位破口相分离特性预测模型。在气液两相流实验环道上进行了泄漏特性实验研究,测量了环状流型下与管底部周向夹角分别为0°、45°、90°的破口泄漏的相分离特性,实验段直径为40mm,破口为圆孔直径2. 5 mm。结果表明,泄漏的气、液相流量与相应的主管气液相流量的比值主要由自破口处的气液相分布决定。在实验范围内模型预测结果与实验值吻合良好。     

水平管气液段塞流液塞长度演化规律研究

以水-空气为工质,在内径50mm、长27m的水平管中实验研究了段塞流液塞长度的统计分布规律。实验结果表明,液塞长度受气液混合速度的影响很小,主要与管内径相关．以Taitel和Barnea提出的段塞流跟踪模型为基础,进一步考虑加速压降的影响,建立了新的段塞流跟踪模型,并采用面向对象技术编制了数值模拟软件,实现了数值跟踪。计算结果表明,液塞长度的变化主要受大气泡尾波控制,与气体膨胀关系不大;模型对液塞长度的预测结果基本不受入口平均值和分布形状的影响。实验和模拟结果均说明统计液塞长度较好地符合对数正态分布。管道中的U型弯头阻碍液塞充分发展,但对于较长液塞影响不大。     

两相流理论在挟沙水流流速分布和阻力求解中的应用

利用紊流条件下的固液两相流基本方程,结合推移质运动水流的概化模式,推导出定床和动床两种情况下明渠带推移质水流的流速分布和阻力系数公式。通过实测资料的计算,证明了理论分析的合理性。     

参数估计法测量两相流流速

提出用参数估计法处理传感器信号，用流动噪声渡越时间估计法测量两相流流速，这相当于在时域完成白化预滤波再进行广义互相关。当传感器的空间滤波效应使信号频带变窄时，此法可以克服或改善常用的相关估计方法中存在的随机误差较大、分辨率低及动态响应慢等不足。用此法已研制出相应的测量仪表雏型，给出了气水两相流管道的实验结果。     

倾斜管气液两相流型转化边界

为了得到更加准确的40D倾斜管气液两相流型转化界限,在内径为40 mm、长8 m的有机玻璃管内进行了角度为30°、45°、70°、90°的气液两相流动实验,实验记录了不同工况条件下的流型,将实验结果与较为全面的Barnea模型流型转换界限进行对比分析。结果表明:Barnea的流型图中泡状流-段塞流及段塞流-搅动流界限与实验结果吻合度低,不能满足精准预测流型的要求。为此,修正流型转换准则,提出较为准确的40 mm倾斜管的泡状流-段塞流及段塞流-搅动流的流型转化界限,并绘制修正后的流型图,以期为不同倾角下气液两相流型判别提供更为精确的判断依据。     

超声层析成像监测气／液两相泡状流体分布

综述了绕射、反射和透射３种不同模式超声层析成像系统的原理及在气／液两相流体分布状况监测中的应用现状，说细论述了透射模式ＵＣＴ系统在气／液两个泡状流体分布状况实时监测应用中的理论描述、系统构成及算法实现。最后，在仿真研究和实验研究的基础上论述了ＵＣＴ系统的发展和应用前景。     

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.     

挟沙水流的流速分布公式

在前人研究成果的基础上,得出卡门常数取与垂线位置和含沙量相关的变量时,掺混长度Prandtl假定与试验及实测资料较为相符。进一步对比对数律与指数律的流速梯度,得出卡门常数新的表达式。将卡门常数新的表达式代入Prandtl假定,根据Prandtl掺混长度理论得到新的流速分布公式。该公式较现有指数律和对数律解决了表面流速梯度不为零的问题。经室内水槽试验结果及河道实测资料验证,该公式可以真实地描述挟沙水流的流速分布变化规律,且在高含沙水流中仍有较好的精度。     

锥管内低雷诺数入口流的速度分布

讨论有限长锥管内的低雷诺数入口流问题，用Ｓａｍｐｓｏｎ解展开流函数成无穷级数，系数由边界条件用配置法确定，用最小二乘法和修正的Ｇｒａｍｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ正交化方法求解矛盾方程组，并画出了相应角度的入口流速度剖面．     

水平管螺旋流断面流速分布试验研究

为了充分分析螺旋管流的特点 ,揭示其运动规律 ,探讨螺旋流输送固粒的新方式 ,用大量试验数据 ,证实断面切向流速呈线性分布的理论推导 ,并揭示了轴向流速分布的特殊性。为今后螺旋流的进一步研究奠定了基础。     

水气二相流特点及其单流体模型

对水利工程中掺气水流的数值模拟进行了研究。从建立数学模型的角度 ,详细分析了水利工程中水气二相流的特点 ,从理论上证明 :对工程中常见的稀疏气泡流 ,单流体模型是可行的 ;且水气混合物的连续方程和动量方程可分别用水相的连续方程和动量方程代替 ,以使问题简化。提出了掺气水流的单流体模型 ,并用该模型对水垫塘掺气水流进行了计算 ,掺气浓度计算值与实测值基本吻合 ,表明本文提出的单流体模型可用于水垫塘水气二相流的数值模拟     

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     

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。