基于超声波的气液两相分层流液膜厚度及流量的非介入测量

传统液膜厚度测量方法会干扰液膜流动进而引发测量偏差,为了克服传统测量方法的不足,提出了采用超声多普勒进行非介入式测量液膜厚度的新方法,通过超声多普勒流速仪测量气液界面回波信号,通过反射回波识别气液界面测得液膜厚度,通过对液膜速度分布曲线进行积分,还可获得液相质量流量。在气液两相流实验环道上开展了测试,液相折算速度范围为0.027~0.066 m/s,气相折算速度范围4.85~15.81 m/s。实验表明:液膜厚度的分辨率0.01 mm,液膜厚度最大测量误差4.32%,液膜质量流量最大误差5.0%。     

方柱微结构芯片射流冲击流动沸腾换热实验研究

对喷射条件下的电子芯片在FC-72中的流动沸腾换热进行了研究,并和同工况下的光滑芯片作了对比.实验选取的工况如下:过冷度为25、35℃;横流速度Vc为0.5、1、1.5m/s;喷射速度Vj为0、1、2m/s.实验采用的硅片尺寸为10mm×10mm×0.5mm,通过干腐蚀技术在其表面加工出30μm×120μm、50μm×120μm的方柱微结构.实验表明,所有芯片的换热性能都随过冷度和流速的增加而提高,方柱微结构能明显地强化芯片换热,而射流冲击进一步提高了芯片在高热流密度下的换热性能.同一横流速度下,喷射速度越大,换热性能越好,尤其是Vc=0.5m/s、Vj=2m/s时,强化效果最显著.随着横流速度的增加,射流冲击的强化效果减弱,临界热流密度值增幅减小.     

气液固流化床气泡特性及气含率预测模型

气含率及气泡直径会直接影响流化床内的反应进程及传质效率，为更好地认识局部流动结构，径向气含率及气泡直径分布成为重点研究内容，特别是径向气含率预测模型的建立具有重要意义．已有平均气含率预测模型都有各自的适用范围，对不同实验体系的应用会表现出局限性．针对以上问题，本文结合电导探针测量法与流体仿真技术，以直径为100 mm和高度为1.5 m的气液固流化床为研究对象，系统地研究了在气相表观速度为0.014～0.283 m/s、液相表观速度为0.007～0.028 m/s、液相黏度为1～40 mPa·s、液相表面张力为0.053～0.072 N/m及固相体积分数为0～30%条件下径向气含率及气泡直径分布特征．结合本实验系统及相关研究数据，提出一种适用于气液固系统的平均气含率预测模型．基于此预测模型，进一步考虑气相表观速度及表面张力对径向气含率分布的影响，采用粒子群优化算法建立气液两相体系的径向气含率预测模型．结果表明：两相及三相体系平均气含率预测模型充分考虑了气液相表观速度、液相物性、固相物性及管径对平均气含率的影响，相比现有经典平均气含率预测模型，拓宽了适用范围并提高预测精度，其平均绝对百分比...     

半间歇式沸腾床反应器中液相循环速度的测定

采用内径286 mm、高7.2 m的气-液-固三相沸腾床反应器进行了液相间歇、气相连续的操作研究，以水、空气、Al₂O₃球形颗粒构成三相体系，在固含率(体积分数)12%～30%和表观气速0.086～0.216 m/s下对宏观液相循环速度进行了测定。采用示踪剂法测定反应器进出口的多组示踪剂浓度曲线，使用MATLAB软件对液相轴向扩散系数进行求解，再代入爱因斯坦扩散系数定义式得到液相循环速度。实验结果表明，随着表观气速增大，液相循环速度相应增大；在固含率低于30%时，随着固含率增加，液相循环速度相应增加；但随着固含率进一步增大，液相循环速度的增幅越来越小。     

气液两相流临界分配特性及相分离控制

为实现对气液两相流的均匀分配,提出了一种由旋流叶片、整流器以及两个分流喷嘴组成的新型分配装置。其工作原理是:通过旋流叶片将来流调整为均匀环状流型,以保证两分流喷嘴入口接触气液两相流的几率相等;通过喷嘴加速两相流达到当地声速,形成临界流动,以克服喷嘴下游各支管路阻力特性不一致所导致的相分离。在气液两相流实验环道上开展了实验测试,实验分配器分流喷嘴喉部直径为8mm,扩张角为21°。实验气相折算速度范围为7~20m/s,液相折算速度范围为0.013~0.16m/s,出现的流型包括波浪流、段塞流以及半环状流。结果表明:在喷嘴喉部气液混合物速度达到声速的条件下,气液相分流系数接近理论值0.5,不受上游流型以及气液流速的影响。侧支管干度与主管干度最大偏差小于±5%,而当液相折算速度小于0.02m/s时,无法形成均匀环状流,气相更容易进入侧支管。提高液相折算速度以及喷嘴差压在分配总压降中所占比重,将有助于降低相分离程度。所提出的分配器结构紧凑,无分离装置和控制元件,基本无需维护,有望在高压两相流分配系统中获得广泛应用。     

春光油田稠油井筒掺稀降黏室内实验研究

使用自主研制的稠油井筒掺稀降黏评价装置对春光油田稠油进行了掺稀降黏室内实验,研究了温度场对掺稀效果的影响,同时对掺稀位置及掺稀比进行了优化。通过设定4个恒温水浴温度分别为90℃、70℃、50℃及40℃来近似模拟井筒不同位置处的温度,开展了不同条件下的掺稀效果研究。结果表明,在70℃井段,稠油降黏率为41%~69%;泵下掺稀降黏效果最好,出口处(40℃)原油降黏率达到86%。在模拟日产量为6 t的实验过程中,对5种不同掺稀比的掺稀效果进行了对比分析,得到掺稀比在18%~22%时,原油黏度可以满足井筒安全生产的要求。     

汽车外流场分析以及流线型改进

以某一微型汽车为原型,进行了汽车三维外流场气动特性数值模拟研究。通过对原车与改进流线型车在不同速度下的压力场的分析,以及对气动阻力值的比较,发现正常行驶速度20 m/s以及极限行驶速度50 m/s下,改进流线型车的压力分布都得到了有效改善。汽车的气动阻力在20 m/s时减阻率为6.67%,在50 m/s时依旧能减阻4.55%。改进后的汽车可以有效降低汽车气动阻力值,提升汽车的动力性和燃油经济性。     

黏度对垂直管气液两相流压降的影响

压降是气液两相流研究中的重要参数,而黏度对气液两相流压降有显著影响,因此有必要对不同黏度下压降规律进行研究。采用多相流试验平台测试系统,在内径60 mm,实验段长8 m的垂直管中开展油气两相流实验研究。表观液速0. 08～0. 20 m/s,表观气速1～19 m/s,气相为空气,液相为白油,黏度分别为25、50、70、150、200 m Pa·s,研究黏度对压降以及Beggs-Brill、Mukherjee-Brill和Hasan-Kabir三种压降模型计算准确性的影响。结果显示:压降模型的计算精度绝大部分会随黏度的增加而降低,其中Beggs-Brill模型在不同黏度下准确度较其他两种更为稳定,但黏度在200 m Pa·s时绝对误差高达42. 67%;黏度对于总压降影响明显,而对位差压降的影响较小;实验中观察到负摩阻压降现象,发现表观气液速度越小,黏度对负摩阻压降影响越大。     

超临界CO2超稠油降粘特性与计算模型研究

超临界条件下CO2和原油互溶性强,可使得原油黏度降到1/10。因此采用超临界CO2实现稠油长距离降黏输送是可行的。利用试验环道通过实验的方法对CO2稠油降黏效果进行了分析,并且分析了压力温度对降黏率的影响,得到了超临界CO2超稠油降黏特性,并推荐了溶解后稠油黏度的计算模型。     

加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅱ:气固滑移特性

针对加压煤燃烧、气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种上升管内径为0.068 m、高5.2m的加压循环流化床冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1 ～0.5 MPa)下,平均粒径为137 μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒的气固滑移特性.实验结果表明,在固体通量和状态表观气速一定的情况下,随操作压力的增加,上升管内颗粒的表观滑移速度和表观滑移因子逐渐减小,但并未对上升管内的气固滑移特性造成本质影响.与常压情况类似,加压下表观滑移速度、状态表观气速和表观颗粒体积分数之间存在显著的相关性.无量纲滑移速度随表观颗粒体积分数的增加呈幂函数型增加,表观滑移因子随无量纲滑移速度的增加呈指数型增加.     

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。     

结构化反应器床层中两相流动特性实验研究

以空气-水为介质,分别以喷嘴和填充直径1mm玻璃珠的30cm高的床层为分布器,在表观液速为0.0522～0.1306m/s,表观气速为0.0739～0.5171m/s,气液并流向下的操作条件下,测定了0.1m直径塔中,孔径分别为1.1和2.1mm的2种结构化催化剂床层中的总压降和液含率等流动参数。结果表明,床层总压降随着表观气速、表观液速的增大均增大。液含率随着表观气速的增大而减少,随着表观液速的增大而增大。通过对2种分布器的比较可以发现,相同条件下,以喷嘴为分布器的床层总压降和液含率比以玻璃珠为分布器的床层总压降和液含率小。比较2种床层可知,相同条件下,结构化催化剂的孔径越小,其床层总压降与液含率越大。此外,建立了能较好预测两相摩擦因子以及液含率的经验关联式,偏差在±15%以内。     

大落差原油管道投产排水过程研究

针对最大相对高差达1 432.64 m且含大落差“U”型管段的某原油管线在油顶水投产过程中，原油与水的密度差导致油头行进停滞的问题，提出了在油水界面点附近的阀室，利用压力泄放阀排水泄压的解决方式，基于OLGA多相流瞬态模拟方法，以实际情况为例，对大落差管段的气顶水排水过程进行仿真研究。以泄流孔径为变量，重点研究了流量、压力随时间的变化规律，得到一系列可选泄流孔径及其相应的排水量、流量、压力等随时间变化的关系曲线等。结果表明，选定管段（容量约为6 376.98 m³）最大排水量可达3 375 m³，并从经济、安全、有效3个方面分析选出最佳泄流孔径为90～110 mm，与实际情况基本吻合，为解决投产过程中出现类似的异常工况提供实施依据。     

爆炸压涂碰撞速度对铜涂层性能的影响

研究了碰撞速度对爆炸压涂铜涂层性能的影响,首先利用SPH无网格法模拟了爆轰驱动飞板的加速过程,计算出了飞板碰撞速度-炸高曲线。然后,在三种碰撞速度下进行了铜粉-铜板爆炸压涂实验,碰撞速度分别为700 m/s、900 m/s和1 100 m/s。通过对试样进行宏观观察、光学显微观察和显微硬度测试,得出碰撞速度为900 m/s时铜涂层的质量最佳。其铜涂层由8层颗粒组成,厚度达到300μm,显微硬度为114HV,接近冷轧铜板的显微硬度。     

爆炸压涂碰撞速度对铜涂层性能影响研究

研究了碰撞速度对爆炸压涂铜涂层性能的影响,首先利用SPH无网格法模拟了爆轰驱动飞板的加速过程,计算出了飞板碰撞速度-炸高曲线.然后,在三种碰撞速度下进行了铜粉-铜板爆炸压涂实验,碰撞速度分别为700 m/s、900 m/s和1 100 m/s.通过对试样进行宏观观察、光学显微观察和显微硬度测试,得出碰撞速度为900 m/s时铜涂层的质量最佳.其铜涂层由8层颗粒组成,厚度达到300 μm,显微硬度为114HV,接近冷轧铜板的显微硬度.     

某深空撞击器侵彻试验研究

通过地面试验模拟了某深空撞击器侵彻天体过程,并得到侵彻过程有关数据。试验采用125 mm口径滑膛炮作为撞击器发射平台,浇筑C20圆柱形素混凝土靶标,发射撞击器撞击靶标,得到了撞击器在不同速度下的侵彻深度、受损情况及过载数据。试验结果表明:以125 mm口径滑膛炮作为发射平台合理有效;撞击器在着靶速度662 m/s以上时能达到1 m以上侵彻深度,同时满足强度要求。     

等离子喷涂枪喷嘴部分冷却效果模拟分析

使用计算机对等离子喷涂枪喷嘴部分冷却效果进行模拟。建立了简化的等离子喷涂枪的物理模型,并设定初始条件和参数。模拟了不同冷却水速度下的温度场和速度场,根据模拟结果进水速度取4m/s、5m/s或6m/s较为合适;模拟了不同进水管直径下的温度场和速度场,根据模拟结果进水管直径取10mm较为合适;模拟了不同进水管位置下的温度场和速度场,根据模拟结果进水管的位置对冷却效果影响不大。     

不同风速下风力机叶片的振动特性研究

针对风力机叶片在正常工况下运行时受到周期性的气动力导致叶片发生振动,降低叶片使用寿命的情况,研究了风力机叶片在不同风速下的振动特性。选取不同风速条件下的5种工况 (风速范围为15~40 m/s),选用CFD方法对NREL PHASE VI叶片进行模拟计算,获取不同风速下的振型和振动位移曲线。结果表明：叶片的主要振型是挥舞和摆振,高阶叶片振型存在着弯曲和扭转组合的复杂变形;来流速度从15 m/s增大到40 m/s时,叶片吸力面的压力分布不均匀性不断提高,来流速度为40 m/s时最大压力差值约达到3 000 Pa;来流速度为15 m/s时振幅最小为0.525 4 mm,来流速度为40 m/s时振幅最大,为3.628 2 mm,约是最小振幅的6.9倍;5种工况的振动曲线均呈现衰减趋势,叶片趋于稳定振动;当来流风速越大时,由来流风所产生的气动力对叶片的作用力越大,叶片的振幅呈现增大的趋势。研究结果可为风力机设计提供参考。     

三种工况下裸体状态数值假人的热传递模拟

为了探索一种能够取代暖体假人现场实验的有效途径,建立数值气候室,利用计算流体动力学(CFD)的数值模拟方法,在送风温度为20℃、速度为0.05m/s工况下,对数值假人体表自然对流边界空气层的温度、速度场分布及热传递属性参数进行模拟,然后在送风温度为20℃、速度分别为0.15和0.50m/s工况下,对室内混合对流的温度场和速度场以及热传递属性参数进行模拟.研究表明模拟结果具备很高的可靠性.     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。