下倾管段塞流特征参数试验研究

为揭示下倾管段塞流的流动规律，在内径50 mm、长27.43 m的不锈钢多相流试验环道上对下倾管段塞流的特征参数进行了试验研究。采用差压波动信号相关分析技术，分析了气液相折算速度、混合速度以及管线倾角变化对液塞速度、平均液塞长度、最大液塞长度以及液塞频率的影响。结果表明，随混合速度的增加，液塞速度不是线性增加，而且对管线倾角的变化不敏感;平均液塞长度随着混合速度增大呈先减后增的变化趋势，但随着倾角的变化没有明确的规律，而当Froude数大于16时，管线倾角对最大液塞长度的影响减小;液塞频率随气、液相折算速度增加而单调增加，且倾角越大，液塞频率越小。     

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4m、内径50mm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。     

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。     

悬链线立管多相流流型研究

以水和空气为介质,在不同倾角的水平段和悬链线段组合中,研究气液两相流可能出现的流型及其特点,其中流型主要通过肉眼观察结合压力波动检测的方法来进行辨别.同时针对实验范围内出现的部分流型,研究该流型下管段压力和压降随气液速度以及角度的变化规律,并对悬链线管段为段塞流和严重段塞流时管内含气率、气泡长度、气泡速度、气泡频率等参数进行测量.结果表明:试验范围内共出现9种组合流型,4种组合区域所占区域最广;气液流速的变化对管线压降有一定的影响,水平管段的角度对压降的影响远小于气液速度的影响;液速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随气速的增加而增加,气速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随液速的增加而减小.     

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     

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。     

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     

垂直上升管内未充分发展弹状流流动特征参数的研究

采用电导原理对气-液两相弹状流中的弹状气泡速度、液塞速度、弹状气泡长度和液塞长度进行了测量．得到了各自随表观气速或表观液速的变化规律．并对弹状气泡长度进行了统计分析，结果表明：弹状气泡长度在显性水平α=0．05的条件下符合正态分布．     

中引式气力输送系统的实验研究

鉴于国、内外目前尚未对中引式气力输送系统特性进行研究,而它又有独立、串联和远近距离均适应的优点等,所以探讨了中引式气力输送系统的流动模式、管道阻力特性和输送压力频谱特性等。实验结果表明中引式气力输送随着操作气速分别为2、4和8m／s的变化,管内灰栓的流动模式也相应发生变化分别为：柱塞流、栓流和悬浮流;栓流压力频谱振幅最大,易成为独栓,属不稳定流动,输送量与柱塞流相当,柱塞流压力频谱较小,灰栓气栓相间的多栓流属基本稳定流动,悬浮流压力频谱最低,属稳定流动,输送量最低,输送速度最快,管道易磨损;柱塞流、栓流及悬浮流模式,对于给定物料操作气速与输送平均压力之间随着操作气速增加,输送压力逐渐下降。     

微膨胀床反应器内气液分布设备性能数值模拟

用VOF数值模型方法,对适用于上流式微膨胀床反应器内的气液分布设备进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比。考察了气液分布设备对气液两相的分布作用,包括分布器内的动态流动特征和流动形态。同时考察了气泡的大小、上升速度、压力降随着表观气液速的变化规律。结果表明：(1)选用VOF数学模型,可以清晰准确的模拟出气液分布器的动态流动特性和气液分界面,可以指导气液分布器的优化设计;(2)气泡的上升速度随着表观气速和表观液速的增大而增大;气液分布器出口气泡的直径随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;截面平均气含率随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;气液分布器的压降则随着表观气速的增大而减小,随着表观液速的增加而增大;(3)相对于表观液速的变化,气液分布器对表观气速的变化敏感度更高,表观气速更影响分布器的工作负荷。     

小长径比垂直上流管压力波动特性分析

在垂直管长2.2m、内径0.05m的小型气液两相流实验装置上对小长径比（L/D=44）垂直上流管压力波动特性进行了实验研究.结果表明：分别增加管线中的气量、液量,或者同时增加气液流量,均会造成垂直管入口处均值压力和最大压力的增加.选取适当的回归模型,得到了入口处平均压力和最大压力随折算液速和折算气速变化的关系式;压力信号的概率密度（PDF）符合正态分布,并且大部分呈双峰分布,也存在单峰和多峰分布;压力信号的功率谱密度（PSD）具有频率波动范围小、幅值大的特点.     

水平管段塞流特征参数测量方法的试验研究

在内径 5 4mm、长 2 4m的水平有机玻璃管中利用空气水为试验介质对段塞流特征参数的测量方法进行了研究。利用上、下游两个压力信号相减得到差压信号 ,用电导探针测量了波高信号。分析了压力信号、差压信号和波高信号之间的对应关系 ,给出了利用差压信号相关测量液塞速度的方法 ,提出了“差压渡越时间”的新概念 ,并根据差压渡越时间这一概念提出了测量液塞长度的新方法。同时探讨了利用压力和波高信号测量段塞流特征参数的可能性和优缺点。试验结果表明 ,利用差压信号相关易于测量液塞速度、液塞频率和段塞单元长度 ,但用差压信号不能测量段塞流持液率的变化。液塞速度随气液混合物速度增大而增大 ,滑脱系数C0 不是一个常数。用波高信号相关可以测得液相平均速度。用波高和压力信号不易于测量液塞频率和段塞单元长度。     

毛细管中泰勒流的流动及液相分散特性

在竖直毛细管中以自来水为液相,氮气为气相,气液两相在泰勒流型操作范围内并流向上流动。采用CCD照相法获得流动参数,采用脉冲示踪法通过电导探针测定浓度-时间曲线。考察了表观气、液速对气含率、液栓长度、液相平均停留时间和轴向扩散系数的影响规律。结果表明,气含率在0.4~0.85间,随表观气速的增加而增大,随表观液速的增加而减小;液栓长度的范围是5~30mm,其变化规律则与气含率的相反;液相平均停留时间在6~11s,随着表观气、液速的增加而减小;轴向扩散系数的范围是20~110cm2/s,随表观气、液速的增加而增大,轴向混合加大;本文建立的彼克莱数关联式Pe=2.214Re^0.2ε_G^-0.364ψ_L^0.948 能够预测实验值,偏差在±20%以内。     

水平管内气液两相流影响滑脱损失的实验研究

为了探究滑脱损失在气液两相流中对压降存在的影响,从而进一步减小滑脱带来的损耗,本文通过利用多相流实验设备,采用水-空气为流动介质,对水平管条件下的气液两相流中的滑脱损失进行了实验研究。在采用杜克勒Ⅰ法无滑脱压降模型的理论基础上,结合实验所得数据,利用滑脱密度、滑脱压降和滑脱压降比三个参数分别对不同管径、不同液相表观流速以及不同气液比条件下的滑脱损失进行了分析。结果表明：在相同气体表观流速条件下,最大滑脱损失会随管径的增大而增大;当气相表观流速一定,液相表观流速越大时,滑脱损失在管线的整体压降中产生的影响越大;在液体表观流速不变,气液比改变时,可根据滑脱压降大小判断滑脱损失影响;水平管中滑脱损失变化与滑脱密度之间没有明显的关联性;水平管中段塞流型相较于层状波浪流会产生更大的滑脱损失。以上结论可为工程设计、实践提供参考。     

垂直上升气液柱塞流中含气率分布

针对柱寒流含气率分布不明确的问题,在分析现有试验数据基础上,以含气率为标准提出柱塞流新的划分方式,建立柱塞流物理模型.综合考虑含气率径向和轴向的分布,对柱塞流含气率和过渡段长度的分布规律进行研究,并进行误差分析.结果表明:过渡段长度和含气率的分布主要受表观含气率的影响;过渡段长度在径向上的衰减主要由气液两相流速关系决定;含气率以及过渡段长度分布的计算值与试验值符合较好.     

气液两相段塞流的PSD和PDF特征分析

在气液两相段塞流理论基础上,通过大量实验,利用LabVIEW平台进行数据采集和处理,并引进数字信号理论和统计学分析方法,得出了段塞流在不同时期、不同形态的概率密度函数(PDF)特征和功率谱密度函数(PSD)特征.段塞流的压力概率密度函数呈现单峰、双峰、多峰分布,尤以双峰分布最为普遍;段塞流的压差概率密度函数分布符合正态分布,呈现单峰分布;段塞流的功率谱在整个频率范围内随着频率增大而缓慢下降,频率范围内出现两个幅度比较明显的特征峰.利用PSD和PDF特征分析可以进行气液两相流的流型识别,为研究流型和管道系统设计提供帮助.     

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．     

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.     

水平管段塞流气量瞬变特性试验研究

为了寻求混输管线气量瞬变过程压力、压差的变化规律,在长378m、内径80mm的水平不锈钢试验环道上利用空气和水进行了段塞流气量瞬变试验。采用压力变送器测量压力信号,将相邻两压力信号相减(上游减下游)得到压差信号,分析了气量瞬变过程中压力、压差的变化规律,从概率密度分布和功率谱密度两方面对压力、压差信号进行了统计分析。结果表明,气量增加或减小过程中会出现压力过增或过降现象;气量增加与减小过程中的压力信号的概率密度分布不同,压差信号的概率密度分布也不同。提出了更加完善的压力过增或过降值的定量描述方程。     

板翅式换热器物流分配对天然气液化性能的影响

板翅式换热器入口物流分配不均是造成换热效能降低的主要因素之一,对天然气液化装置稳定和高效的运行产生不利的影响。针对氮气膨胀和混合制冷剂两种天然气液化工艺,分别研究原料气、氮气制冷剂和混合制冷剂物流分配不均对换热器参数和液化工艺性能的影响,得到换热器入口物流分配不均匀度STD(standard deviation,均方差)的临界值,为换热器的选型和天然气液化工艺的设计提供依据。结果表明:相同STD值下,天然气液化性能受不同物流分配不均影响程度大小依次为氮气制冷剂、混合制冷剂和原料气;倾斜严重影响混合制冷剂的分配及换热效果,倾斜角度由0°增加至20°时,液相STD值由1.3增至3.9,天然气液化率从92.8%降至69.4%;为满足天然气液化率在90%以上,原料气、氮气制冷剂及混合制冷剂物流分配的临界STD值分别为8.3、2.8、4.5(液相),混合制冷剂倾斜工况临界STD值为1.5(液相),对应倾斜角度为1.6°。