气化炉洗涤冷却室内气液两相湍流流动特性的数值模拟

建立分别描述气相和液相湍流的两相湍流欧拉-欧拉双流体模型,模拟新型水煤浆气化炉洗涤冷却室内气体穿越液池过程中的气液两相流动特性。通过与试验结果的对比,表明该模型能对气化炉洗涤冷却室内的气液流动进行较好的预测。研究发现,气体在反折向上流动过程中,在冷却管外壁面聚集并主要沿冷却管边缘上升,且具有较大的上升速度;气液湍动能主要发生在冷却管出口及冷却管外壁面附近;洗涤冷却室内分隔板的存在促进了气体的扩散,使气相在液池内的分布更广,能有效抑制液面的波动,有利于装置的稳定运行。     

μDMFC流场板润湿特性对气液输运的影响

μDMFC流场沟道的微型化增加了流体在沟道中的流动阻力,容易使CO_2气泡堵塞沟道,不仅影响甲醇溶液的输运,而且还会阻碍甲醇向催化层传质,降低电化学反应效率,因此需要改善μDMFC阳极沟道的气液输运特性。基于VOF方法 ,采用计算流体力学软件FLUENT对μDMFC阳极沟道内的气液两相流进行数值模拟,研究双层流场板沟道侧壁面润湿特性对气液两相分布的影响。结果表明:单层流场板沟道内气液两相呈现分段流动现象,而双层流场板沟道内的气液两相呈现分层流动现象;双层流场板沟道内的含气率明显低于单层流场板沟道,并且压降特性前者优于后者;同时双层流场板沟道侧壁上层为疏水性,下层为亲水性时,不仅有利于气液输运,还有利于甲醇传质,为提升μDMFC的性能提供了一种有效的方法。     

水煤浆气化炉洗涤室内气体穿越液池过程颗粒分布的数值模拟

水煤浆气化炉洗涤室内含固态渣的合成气在穿越液池的过程中得到了洗涤净化。研究气化炉洗涤室内颗粒的运动及其分布规律,对提高合成气的洗涤效果具有重要意义。将计算流体力学方法、直接模拟蒙特卡洛方法相结合,在Euler-Lagrangian框架下建立三维数学模型,对气化炉洗涤室内的气液固三相流动进行了模拟计算。在实验验证的基础上,揭示了不同运行工况、不同粒径颗粒以及不同颗粒级配下的颗粒数密度分布特性。研究表明：沿洗涤室高度方向颗粒数密度分布总体呈下降趋势,在洗涤室液池内颗粒数密度分布存在波动形式;大粒径颗粒在液池中易于沉降,对其具有较好的洗涤分离效果。而小粒径颗粒的沉降性较差,易产生悬浮;颗粒级配的改变对洗涤室液池内颗粒数密度分布影响较大。     

微矩形管道内气液两相流动的研究和应用

气液两相流技术是蒸发冷却电机冷却系统设计的关键问题,本文围绕电机空心导线内气液两相流动的研究展开论述,从经验模型和唯象模型两个角度叙述了近年来微矩形管道内气液两相流动取得的进展及存在的问题,并提出了新的研究方向.介绍了蒸发冷却电机在中国的发展现状和未来展望.     

蒸发冷却电机管内气液两相流截面含气率测量的研究

本阐述了蒸发冷却电机管内气液两相流截面含气率测量的重要性及其测量的特点,分析了各种测量方法的优缺点．并对静态气液两相介质进行了射线吸收法的实验研究,认为采用射线吸收法测量蒸发冷却电机管内气液两相流出口处截面含气率是可行的,并且可以获得较高的精度。     

基于BP神经网络的气液两相流分相流量测量

为了准确计量低含液率气液两相流分相流量,选用槽式孔板作为一次传感元件、以空气／水为测量介质,进行了一系列的实验。鉴于气液两相流流经槽式孔板时所产生差压信号的特征参数能够反映气液流量的变化,目前又无法得到这些特征参数与气液流量之间的理论关系,所以采用压力、温度和差压均值的平方根、标准差和（0,2）Hz频段功率等参数经主成分分析后作为三层BP网络的输入,气液标准体积流量为网络输出,确定了最优的网络结构。训练后的网络能够在实验范围内,使气液相流量预报平均相对误差低于5％,为流量计计量算法的开发提供了一条可行的途径。     

透气砖底吹铝熔体精炼过程中气液两相流场的数值模拟

利用双流体模型和多孔介质模型对透气砖底吹的铝熔体精炼过程中的气液两相流场进行了数值模拟,考察了不同透气砖布置方式对流场产生的影响。结果表明：净化气体主要分布在透气砖的上方区域,且气体在除气室中的气泡上升速度总体比较均匀;相比于3×4方案,采用1×8方案的气泡在除气室中停留时间更长,总体平均气含率更高,铝熔体能与足够数量的净化气体充分接触,有利于铝熔体的除氢。     

直接甲醇燃料电池阳极两相流动可视化实验

对有效面积为9 cm2的直接甲醇燃料电池(DMFC)进行了可视化实验研究,观察了阳极流道内两相流动的情况,研究了平行流道内CO2气泡的生长特性以及不同甲醇浓度、甲醇进料温度、甲醇流量及阴阳极压差下CO2的流动及其对电池性能的影响.研究表明:CO2气泡在扩散层表面与流道侧壁面的角区出现,此后又多在碳布纤维束之间的交叉空隙中优先生成,之后经历聚合、长大、形成不连续气弹,两相流周期性地重复出现;甲醇流量的增加加快了CO2气泡的排出速度,甲醇传质增强,电池性能提高;甲醇温度升高降低了CO2的溶解度,CO2气泡体积变大,但甲醇传质的增强和催化反应速度的加快使得电池性能提高;甲醇浓度增大,电池性能提高,但浓度过高导致电池性能急剧下降;阴阳极压差增大使得大的CO2气弹增多,但催化剂表面氧气浓度的提高和甲醇渗透减弱提高了电池性能.     

洗涤冷却室液池内气液流动特性的模拟研究

为了更好地揭示水煤浆气化炉洗涤冷却室内合成气体穿越液池的多相流动特性,运用流体体积模型对顶部浸没气体射流过程进行了动态模拟,详尽分析了在不同气流速度和不同突扩比下的流场形态、演化过程以及该过程的流动特性,并将计算结果与试验结论进行了对比.研究结果表明:该过程是一个突扩的、存在逆压力梯度和负浮力的顶部浸没气体射流流动过程;气体的最大冲击深度与气体出口动量通量之间呈幂函数关系;随着突扩比的减少,合成气对液池内水的扰动加强,液滴和气泡增多,液面升高.计算结果与试验结果一致.     

有载分接开关级间气泡形变规律及对电场分布的影响EI北大核心CSCD

有载分接开关(on-load tap changer,OLTC)机构快速动作不可避免地会产生气泡,容易在OLTC级间部位诱发局部放电。该文针对气泡在OLTC主触头级间形变及电场畸变特性开展研究。首先,构建包含气泡及变压器油的OLTC主触头气液两相流模型,对主触头级间电场进行仿真,通过Kerr效应的光电试验平台验证了仿真结果。然后,以OLTC实际工况作为边界条件,研究油温、气泡体积、变压器油流量对气泡形变及电场分布的影响。结果显示,毫米级气泡在经过OLTC级间时经历多次拉伸及形状恢复,其长短轴比大于1.5,气泡引起OLTC级间场强增大10%左右。当OLTC油室内变压器油流的流量达到7L/min时,经过级间的气泡开始出现破裂,形成内部场强相近的两枚子气泡。级间场强达到气泡击穿场强时,两枚气泡均可能发生放电,从而增大了油隙放电的概率。该文的研究内容与结论可为后续OLTC设计及运行提供有益参考。     

叶片数对泵自吸特性影响的可视化试验研究

为研究自吸泵不同叶片数的自吸特性,本文探讨在不同叶片数下自吸泵的内部流动状态和自吸时间的差异和规律。搭建了可视化试验平台,从试验的角度出发,直观地研究自吸泵的自吸过程,通过对比和分析研究了双叶片、三叶片和四叶片的自吸泵在不同阶段的气液两相分布与气液混合流在自吸过程中随时间的演化,进一步揭示叶片数对自吸泵自吸时间的影响机制。试验还使用高速摄像机对自吸泵内部流动情况进行了拍摄,更加深入研究了不同叶片数下的自吸泵泵内气液混合、气液分离及气液回流等过程,揭示叶片数对自吸泵自吸过程各个阶段的气液两相流态的影响规律,为自吸泵叶轮设计提供参考和依据。     

基于近红外技术的气液两相流检测装置

两相流的研究具有非常重要的意义,对其的研究方法和手段也非常多。基于多相流实验平台,采用波长为980 nm激光二极管和硅光电二极管,对水平流向的分层流、泡状流、环状流和垂直流向的弹状流、泡状流、环状流和乳沫状流流型分别进行了实时在线的探测,取得了显著的效果。由于近红外在气液中的吸收系数差别很大,同时受气液界面影响明显,所以能够很好地反映气液界面的波动情况,能够实时在线反应出不同的流型,为气液两相流其他的参数的检测奠定了基础。     

自吸离心泵转速与自吸性能关系的研究

为研究自吸离心泵不同转速下的自吸性能,探讨自吸性能与转速的关系,设计了透明自吸离心泵装置,并采用高速摄像机拍摄了自吸初期蜗壳内部的气液两相流流态的演变,记录了吸入管的液位变化。自吸离心泵自吸过程被分为吸入期、进水期和出水期,总结了吸入期和进水期转速对自吸时间的影响规律。试验结果表明,自吸离心泵在较低转速下,自吸时间与转速成反比,因为吸入期结束时气液分离腔内液位未达到最高,含气率是影响自吸性能的主要因素,转速越高,含气率越高,排气效率越高,自吸性能越好;而在较高转速下,部分转速区间内自吸时间与转速成正比,是因为吸入期未结束时气液分离腔内液位已达到最高,影响了排气效率,同时转速越高气体回流速度越快,气体不能及时排出,还出现自吸离心泵自吸未能完成的情况。研究说明了转速与进水管液位和气液分离腔内液位之间的关系,通过解释排气效率揭示了自吸离心泵转速与自吸性能的关系,研究成果可为自吸离心泵的转速设计提供参考。     

基于希尔伯特-黄变换与Elman神经网络的气液两相流流型识别方法

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大的影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。但是,由于两相流介质之间存在着随机多变的相界面，致使两相流的流型不仅是多种多样，而且其变化也带有随机性，这给流型识别带来了很大困难。而希尔伯特－黄变换(HHT)和神经网络在气液两相流流型识别中还很少见，文中提出了希尔伯特－黄变换与Elman神经网络相结合的气液两相流流型识别的新方法。将压差波动信号经验模态分解(EMD)后的固有模态函数(IMF)进行分析，提取IMF能量特征作为Elman神经网络的输入特征向量，对水平管内的气液两相流流型进行识别。实验结果表明：该方法能很好地识别水平管内的4种流型，为流型识别开辟了一条新的途径；另外，该方法优于BP网络且稳定、识别率高，具有可行性。     

300 MW机组湿法烟气脱硫(WFGD)吸收塔内气液流场模拟

利用Fluent软件平台,对某300MW机组WFGD吸收塔内气液两相流场进行了数值模拟,着重考察喷淋浆液滴对塔内烟气流场的影响。结果表明,浆液滴喷淋后对烟气流场具有整合作用,模拟的塔内平均压降(850Pa)与实际现场测试数据的平均压降(909Pa)较为吻合。     

基于超声波的气液两相流测量技术综述

对目前国内外采用超声波测量气液两相流的三种最新方法——超声波散射法、超声波多次回波反射法、超声波透射法进行了介绍,分别阐述了三种方法的基本原理和测量方法,对各自的特点和不足进行了分析,对声波在气液两相流中的最新研究进展进行了总结。     

偏工况下气液两相离心泵喘振特性

当离心泵在小流量工况运行且传输介质为气液两相流时，含气率达到某一值时，会发生喘振现象，导致泵的扬程突降。本文采用计算流体动力学分析方法对一气液两相流离心泵进行了研究，通过对外特性曲线进行分析，发现了学者们所提到的喘振现象。为了提高离心泵在气液两相小流量工况下的水力特性，引入一种空腔结构，分析其对气液两相离心泵内部流场的影响及喘振的改善作用。结果表明：在气液两相喘振工况下，空腔结构可以改善叶片正背面的压力分布，均匀气液两相在叶轮流道中的分布，有效减轻离心泵的气堵现象。因此，空腔结构不仅在结构上可以平衡叶轮、减轻泵的整体质量，还可以减轻流场中气液分离现象，避免喘振的发生，提高泵的水力性能。     

流型频繁切换下科氏质量流量计驱动特性研究

在科氏质量流量计测量过程中,流量管振动幅值的控制很重要。当单相流与气液两相流频繁切换的情况发生时,使用当前的控制方法流量管会出现振动幅值大幅衰减和超调的问题。为此,设计了一套实验方案,进行实验,分析了出现该问题的原因。针对该问题,提出变驱动周期的方法和变积分限幅值的方法,在所研制的数字式科氏质量流量变送器上实时实现,并进行实验验证。实验结果表明,变驱动周期的方法有效地降低了单相流切换到气液两相流时流量管振动幅值衰减的程度,变积分限幅值的方法很好地解决了气液两相流切换到单相流时流量管振动幅值大幅超调的问题。     

Stratified gas-liquid two-phase electrohydrodynamics in horizontalpipe flow

Stratified gas-liquid two-phase electrohydrodynamics in pipe flow has been studied experimentally and numerically. Experimental studies were conducted using 1.27 and 1.9×10^-2 m-inner diameter horizontal tubes with air-water two-phase flow for the range of gas surface velocity of 10±²-10 m/s, liquid surface velocity of 10^-2-2×10^-1 m/s, and applied voltage of 0-20 kV. Experimental results are analysed by an area-averaged two-fluid one-dimensional model. The results show that the effect of the applied electric field is significantly influenced by the flow regime transition boundaries between stratified smooth-to-wavy and stratified wavy-to-intermittent flow. However, the time-averaged void fraction was not observed to be significantly influenced by applied electric fields