以纽带起旋的气液螺旋流实验研究

鉴于气液两相螺旋流在实际中的重要作用,且目前国内外对其鲜有研究报道,该文以空气和水为实验介质,利用高速摄像机对以纽带为起旋装置下的水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究.实验研究发现,存在螺旋波状流、螺旋泡状流、螺旋轴状流和螺旋弥散流四种典型的流型,并着重讨论了纽带的扭率对流型转换边界和流动压降的影响.该实验研究为今后对气液两相螺旋流的研究奠定了基础.     

以叶轮起旋的气液两相螺旋流摩擦阻力特性实验研究

该文对以叶轮起旋的水平管内气液两相螺旋流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究,水平实验管段为内径23 mm,长度为2 m的有机玻璃管,实验工质为空气和水,气相折算速度为0 m/s–3 m/s,液相折算速度为0 m/s–1.5 m/s。主要研究了流速以及叶轮参数对压降的影响,对比分析了气液两相非旋流与气液两相螺旋流的压降特点,实验结果表明:流体流速是管内摩擦阻力特性的重要影响因素,随着气相折算速度的增大,管内压降逐渐增大。叶轮参数对压降亦有较大影响,随着起旋角度的增大或者随着叶片面积的减小,压降均有逐渐变大的趋势。与气液两相非旋流相比,气液两相螺旋流的压降进一步增大;且随着气相折算流速的增加,螺旋流的压降增大速度要高于非旋流。最后,基于Lockhart和Martinelli方法,根据实验数据建立了气液两相螺旋流压降计算模型,研究结果表明理论值与实验测量值吻合较好。     

管径对垂直上升管内气液两相流流型的影响

以空气和水作为介质,在管径分别为20mm与8mm的垂直上升管内进行了常压下气液两相流流型的实验研究,得到了这两种管径下泡状流、弹状流、乳状流和环状流等流型,得到的绝大部分实验点与Hewitt和Roberts流型图相符合,并根据实验结果修正了流型图的转化边界.对于气液两相流垂直上升流动,环状流发生所需的气相折算速度几乎不随液相折算速度的变化而变化.不同管径条件下,各种气液两相流流型发生的范围和转换趋势基本一致,乳状流向环状流的转换界限基本重叠,而泡状流与弹状流的界限变化大一些.由于弹状流的换热与泡状流的换热完全相同,因此泡状流与弹状流的界限误差对传热而言并不重要,可以忽略管径对Hewitt和Roberts流型图的影响.     

虹吸管道水气两相流动过流能力的试验分析

通过对虹吸式输水管道输水能力的试验研究,观测到不同安装高度下的气液两相流现象。量测了不同安装高度相应水位差下的流量的大小,并分析了流量变化规律。研究发现,随着安装高度的增大,虹吸管内气液两相流流型由气泡流转化为气团流。分析原因发现在安装高度h_s=2 m时,流量减小率与面积减小率相等,表明气液两相流时过流面积小于液相满流时过流面积是流量的减小的主要原因;当安装高度h_s2 m时,流量减小率与面积减小率相差较大,表明流量的减小不仅与面积变化有关,还应与沿程阻力系数有关。掺气浓度的增大使管内压降增大,压降的增大导致了管内阻力增大,从而使沿程阻力系数增大,而导致流量减小。     

水平井筒变质量分散泡状流压降的理论与实验研究

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别，可以预知常规水平管流的压降计算方法对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展。本文对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程，考虑管壁存在人流或出流对于分层流流型压降的影响，得到水平井筒气液两相变质量流动分散泡状流流型的压降计算方法。同时，设计并建立了水平井筒流体流动模拟实验装置，在轴向为气液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的压降实验研究，获得了大量的实验数据。实验数据和理论计算结果吻合很好，这表明该计算方法具有实际应用价值。     

虹吸管气液两相流压降特性试验

通过系列试验量测了不同安装高度、不同水位差时虹吸管水平管段的压降、含气率及过流量,探讨和分析了虹吸管气液两相流压降的变化规律及气液两相流流型不同时影响管道压降的因素。结果表明,气液两相流管道压降与液相满流时压降规律相同,即压降值随管道水头的增大而增大;但是,与液相有压管流不同,水位差一定时压降值随安装高度的增大而减小。当虹吸管内为气泡流时,气泡存在对沿程阻力系数λ影响很小,可忽略不计。管道实测压降小于计算值的原因是气液两相压降减小率等于流速减小率。当虹吸管内为过渡流和气团流时,气液两相压降减小率与流速减小率相差较大,实测压降的减小不仅与流速减小有关,含气率的大小对气液两相压降的影响也不可忽略,含气率的增大使气液两相流动阻力增大,即压降增大。     

乳化剂添加对气液垂直管流中压降影响的研究

在石油工业真实管路流动中,几乎都伴有乳化剂的添加。然而由于气液两相流动的复杂特性,考虑乳化剂对立管系统气液两相垂直管流压降影响规律的研究工作,仍十分有限。该文通过理论分析与实验研究相结合的手段,对伴有乳化剂添加的气液垂直管流流动特性和压降特征进行探讨。理论推导部分基于发展的漂移流模型,给出了气体上升聚并过程的物理解释。流动实验部分采用内径为25 mm的有机玻璃管作为实验管路,垂直管段长度为3 000 mm。乳化剂选用工业上常用的十二烷基苯磺酸钠,并在动态实验前进行了物性参数测定,给出了乳化剂对液相介质的影响规律。基于实验结果给出了流动参数间的无量纲关系,并发现乳化剂的添加可以促进流动更加趋于稳定。此外,还对流动过程中的流动形态、持液率、压降特性等进行了探讨,其结果可为今后研究工作提供参考。     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究

立管系统作为最基本的结构单元,目前已被广泛应用于海洋工程各领域中。而伴随着现场采出液复杂的气液混合状态,对于立管系统中的气液两相流动问题,越来越引起学术界和工程界的广泛关注。该文分别针对立管系统中最常见的两种流型:泡状流和段塞流进行了研究。在绘制流型图的基础上,针对上述两种流型的转捩边界进行了划分。其中,对于泡状流中发生的速度滑移现象进行了定量化描述,并采用漂移流模型进行了简要分析。另一方面,给出了段塞速度、段塞频率、以及段塞长度等特征参量,随表观流速增大的变化趋势。此外,对于压差信号的功率谱密度分析,可能将对在线流型识别产生积极影响。     

竖直较大管径内气液两相流截面含气率实验研究

截面含气率是气液两相流动过程中的关键参数之一.在大管径流道内的气液两相流,弹状流难以形成,与常规通道相比,其流型特征明显不同.适用于常规通道截面含气率的一般计算方法,对于大管径流道而言,其适用性也较差.本文通过研究较大直径圆管内的气液两相流动过程,寻找适合于过渡尺寸流道内两相流动截面含气率的计算方法,从而建立起完整的、针对各个尺度范围内截面含气率的计算方法.实验选圆管直径为50 mm,介于常规通道和大通道之间;以空气和水作为工质,气相、液相折算速度的范围分别为0.05-2.0 m/s及0.01-2.0 m/s.首先利用获得的截面含气率实验数据,对适用于常规通道和大通道的截面含气率计算模型进行了评价;然后通过分析几类漂移流模型计算方法的分布系数和漂移速度的变化规律,解释了Hibiki-Ishii、Kataoka-Ishii、Kawanishi等几个模型计算误差较大的原因.     

对称突扩水流流态失稳和流场结构

对称突扩分离再附水流现象广泛存在于工程和生活中,流道突扩易产生局部水头损失、压力变化、结构振动、次生噪声等,对称突扩存在流场对称性失稳现象,如管道对称突扩等。然而,由于紊流的复杂性和量测技术的局限性,人们对其流动特性和流态演变规律认识仍然不足,有必要开展对称突扩流动的流场结构分析研究。本文基于物理模型试验和高精度图像粒子测速技术,模拟了不同雷诺数条件下（Re=539~48 911）对称突扩水流流动现象和精细流场结构,包含层流、过渡流和充分发展的紊流典型流态,随着雷诺数Re增加,流态从层流过渡到紊流,从对称到非对称分布,其流态发生对称性失稳,高雷诺数紊流时主流偏向一侧,流场结构相对稳定;揭示了突扩水流主流两侧形成的非对称分布的大尺度涡漩结构,其与流场对称性失稳有关联。     

无旋流研究

本文将变分法和流网相结合,从理论上证明了无旋流条件下流量达到极大值,并总结出流量达到极大值时,下游流动的两种表现形式:临界流和均速流。文中给出了下游流动分别为临界流和均速流两种情况下的7个实例。在无旋流条件下,应用本文的结果可以进行如下两种情况的计算:(1)利用求极大值来求流量;(2)当流量已知时,如果下游流动为临界流,则可求水深及流速;如下游流动为均速流,则可求流速等。     

两种流态区域条件下的井流问题的解析解

文中针对在均质等厚、无限分布的承压含水层中，以定流量抽水时，抽水主孔附近含水层会存在非线性流区域的问题，根据水量平衡原理，分别建立了线性流区域和非线性流区域的水流运动方程，采用Boltzmann变换对其求解，得到了计算两个区域中任一点的渗流速度和水位降深的解析公式。     

明渠挟沙水流的两相流模式

本文从两相流基本方程出发对明渠挟水流含沙量、流速垂线分布及近底层平均流动特性进行了理论研究，建立了一个新的泥沙扩散方程，并用大量资料进行了验证。结果表明：现有含沙量公式和流速垂线分布公式只是本文理论模式在低含沙量条件下的简化形式。当含沙量增加时，固相泥沙对流动结构的影响亦趋显著而不可忽略。精确模拟水沙流动，需要发展高级的两相湍流模式。     

The basic flow method for incorporating flow variability in environmental flows

The Basic Flow is a methodology used to calculate environmental flow needs for river regulation. It has gained increased recognition in Spain for hydrological planning. It is based on the study of irregularities in hydrological series of daily mean flows using the simple moving average model as a tool to extract the relevant information. The Basic Flow Methodology (BFM), beyond providing a unique minimum flow value, constitutes a complex management proposal for regulated rivers which includes other management aspects affecting the biological functioning of a river (such as the necessity of flow variability, bankfull flows or varying flow rates) through the establishment of monthly instream flow requirements. This paper presents a practical application of the BFM in the Silvan stream, a natural mountain stream impacted by a hydroelectric regulation project. Results are discussed in terms of physical habitat created and compared to those obtained from the application of another method based on the Instream Flow Incremental Methodology, using a set of computer programs (RHYHABSIM) for physical habitat simulation. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

异重流和均质流动的一些相似关系

本文通过引入密度变化率ε，给出了异重流和均质明渠流之间的一些相似关系，将分层流基本方程、微波流速、急缓流判别、内水跃共轭水深、分层取水流量等给出了在形式上与均质流体对应公式一致的计算公式，使分层流算式变得简单明确，便于应用。本文最后还给出了一些计算实例。     

泥石流流变特性的试验研究

为了研究泥石流体的流变特性，专门研制了一台环形锥板式流变仪，其特点是能保证切变率场分布均匀.用四种颗粒材料和不同粘度的液相试料配制成不同特性的试样进行了一系列试验，成功地测得了试样受剪时的切应力和法应力变化.试验表明，两相体内颗粒间的作用不只是惯性碰撞，还有接触支承、摩擦滑动等作用.颗粒切应力与法应力之比基本为常数，其值只随颗粒外表特征而异.随着浓度增大，应力曲线的屈服值益超显著.外形不规则颗粒的试样在低切变率区具有一个与高切变率区不同变化规律的初始段，出现应力随切变率减小而增大的逆向变化和更大的屈服值.这些现象对于研究泥石流运动机理有重要意义。     

坡面流阻力研究进展

主要从坡面流流态对坡面流阻力的影响、坡面流阻力与雷诺数的关系、降雨对坡面流阻力的影响、坡面流阻力公式4个方面对前人关于坡面流阻力的研究成果进行了总结。结果表明:坡面流流态的不确定性导致了坡面流阻力变化更为复杂;坡面流阻力与雷诺数之间并无良好单一的相关关系;降雨对坡面流阻力有很大的影响作用但具体影响机理并未有明确的结论;坡面流阻力公式表征仍用明渠水流概念及表达方式,并且3个阻力系数n、f、C哪个更适合表征坡面流阻力尚无统一的结论。进而对目前存在的问题进行了分析,对今后的发展进行了展望,认为需在研究方法和实验设备及量测技术方面有所突破,才可以更好的对坡面流阻力进行全面系统的研究。     

基于面积流测量原理的一种新型流量测量装置

流量测量装置在自动化系统中应用非常广泛,在热力发电厂中流体的流量直接反映负荷高低、工作状况和运行效率。基于不同测量原理的装置其应用场合也不尽一样,在风量控制领域近几年也出现了十几种形式各异的产品,各种产品都有其自身的优缺点。分析了各种装置的原理及优缺点,重点介绍了一种新型的基于面积流测量原理的测量装置。     

应用PIV进行二维后向台阶流流动特性的研究(2)二维后向台阶流起动流的研究

利用PIV技术，对二维后向台阶起动流的瞬态速度场进行了观测。得到层流至湍流情况下起动流的一些运动规律。本文分析了流动中起动涡等旋涡的运动和发展特征。分析了起动流过程中再附着点的位置、起动涡等旋涡涡心的位置等的变化规律。