气液固三相并流系统流型的混沌识别

运用确定性混沌分析技术，研究了气液固三相并流系统散式鼓泡流、聚式鼓泡流、柱塞流、泡沫流及环状流压力波动信号的混沌动力学行为。结果表明，吸引子可以用来表征气液固三相并流系统的动力学行为，混沌特征参数相关维D2和K熵可以用来定量识别以上五种流型。以混沌定量识别为基础，给出了三相并流系统的流型图。     

气固流化床压力脉动信号的混沌特征分析

对气固流化床内压力脉动时间序列进行分析,研究了流化床内的混沌特性,分别利用李雅普诺夫指数、相对分散度、分形维数和混沌度来定量描述稳定性、复杂性,自由度和系统状态数,证明四个混沌特征参数的相关性是好的,得到了混沌特性随着气速和床层高度的变化趋势,并且提出气泡行为是流化床内产生混沌运动的重要原因。     

气液固三相流化床层膨胀特性实验分析

为分析气液固三相流化床床层特性,选用两种粒径接近、密度不同的颗粒:塑料颗粒(湿堆积密度1 273 kg/m~3,平均直径750μm)和陶粒(湿堆积密度1 680 kg/m~3,平均直径800μm),以常温空气为气相、水为液相。实验装置内径0.13 m,全床高度4.75 m,实验液柱高度3.5 m,床内颗粒有足够的膨胀高度。分别测试了液速0—13 mm/s,气速0—12 mm/s条件下的床层高度,研究气液速对塑料颗粒和陶粒床层膨胀率的影响。研究结果显示液速较低时床层收缩,随着气速增加,收缩率增大;液速较高时,膨胀率大于0,随着表观气速的增加,膨胀率先降低,表观气速大于临界值后,膨胀率将增大;除高气速外,床层膨胀率总是随着液速的升高而增大。相同气速、液速条件下,大密度陶粒的床层膨胀(收缩)率大于塑料颗粒。     

组合式液固分布器中预分布器结构优化

介绍了一种用于液固循环流化床换热器中的组合式固液分布器。利用体积容积法、U形管压差计和刻度尺研究了固液预分布器的结构形式在不同表观液速和液体黏度下对各管束中的固含率、下管箱静压降及床层高度的影响。采用标准差函数进一步衡量了管束间固含率的均匀程度。实验结果表明,双层挡板式预分布器在较低的下管箱静压降和床层高度下能将固体颗粒均匀地分布到各换热管束中。     

液固流态化流区及其变迁

本文在两种不同的有机玻璃床中(φ50×1200+φ100×500 mm),采用示踪粒子的方法,对液固流态化的流况及其随液速的变迁进行了研究。实验发现,液固流态化的流况随液速的增大,首先由固定床进入均匀散式流化;当液連增大到某一值(本文称为起始湍流速度)后,床层将进入湍流流化状态;再进一步增大液速,则床层变成下部湍流流化和上部均匀散式流化共存的流化状态。在本实验条件范围内,实验测得的湍流流化床层高度与有关的参数关系为而床层的总高可由Richardson方程式求得。     

气液固三相浆态床反应器研究进展

由于在甲醇合成、费托合成等工艺中的成功应用,气液固三相浆态床反应器的研究引起了越来越多的重视.本文综述了有关浆态床反应器方面的研究,包括:流体力学性能、反应器设计、固液分离以及产业化进程.详细地介绍了影响浆态床反应器流体力学性能的主要因素:压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流型、气含率、气泡停留时间分布和传质系数的影响.总结了近年来在浆态床反应器设计和固液分离方面的研究成果.     

基于EMMS模型的气固鼓泡床的模拟及气泡特性的分析

基于EMMS曳力模型,采用双流体的方法对气固鼓泡床内的气固流动特性进行模拟,建立基于图像处理气泡特性的分析方法,重点研究了不同表观气速下气泡在床层内分布特性,包括气泡平均当量直径、气泡速度和气泡球形度的轴向分布,以及气泡的生命周期。研究结果表明,小气泡多集中在床层底部和壁面区域,而大气泡多集中在床层中间区域。随着表观气速的增加,床层高度不断增加,气泡的球形度降低,气泡的大小、出现频率、上升速度以及生命周期均增加;然而,当表观气速增大到一定程度,继续增加气速对气泡的上升速度影响不大。     

液固流化床内固含率时空分布特性的CFD模拟

采用Brandani等考虑拟平衡状态下颗粒与流体相互作用的双流体模型,通过在商业软件CFX4.4平台上增加用户自定义子程序模拟了高0.5 m、宽0.1 m的二维液固流化床内固含率的时空分布特性。为了保证数值模拟精度、节省计算机运行时间,首先确定了适宜的网格尺度、时间步长和收敛判据。随后,考察了液固两相物性和操作条件对流化床内固含率时空分布特性的影响,模拟结果表明：增大颗粒粒径或密度会使颗粒向下加速运动,导致床层高度下降而垂直方向上任一水平面的平均固含率呈现增大的趋势;减小液体黏度或密度则会使颗粒向下加速运动,导致床层固含率增大;突然增大液速会使颗粒向上加速运动,导致床层固含率减小;升高温度的实质是使液体的黏度和密度均呈现下降的趋势,结果使颗粒向下加速运动,床层固含率增大。上述模拟结果与颗粒受力的理论分析相一致。     

液固和气液固微型流态化研究进展

在百年流态化的研究过程中,涉及到直径不同的流化床。但是,多以流化床的大型化为研究目标,对微型流化床及其本身特性的研究很少。作为专门处理固体颗粒的流态化单元过程,其装置的微型化将兼具微通道反应器和宏观流化床各自的优点,是流态化研究的重要方向。鉴于气固微型流化床已有全面的国内外进展综述,本文仅对液固和气液固微型流化床的国内外研究进展进行分析。结论性内容包括：液固微型流化床床径减小,壁面效应增强,最小流化液速实验值大于Ergun公式计算值;需对描述液固均匀膨胀流化规律的Richardson-Zaki方程加以修正。气液固微型流化床内存在4种典型流型：半流化、弹状流、分散鼓泡流和液体输送流;由于床径减小,出现半流化状态,依据压降表观液速关系曲线等无法确定最小流化液速;气液固微型流化床的反应性能得以有效提升;最后给出了进一步研究的方向,以期为后续研究提供参考。     

气—液—固三相磁场流态化床气泡特性及液相返混

在含磁性固定化细胞载体-海藻酸钙凝胶粒子的气-液-固三相磁场流化床生物反应器内,实验观察、测定了低气液速下反应器的气泡特性、相含率及液相返混。得到了磁场强度、气速、液速对局部气含率、气泡速度、直径分布概率影响的关联式。提出了合理的磁场分布板形式及经修正的液相混合模型。     

气液两相单孔鼓泡过程的混沌分析

运用确定性混沌分析技术 ,研究了气液两相单孔鼓泡过程的混沌机理 .结果表明 ,单孔鼓泡过程是由周期及拟周期鼓泡通向混沌的 .鼓泡过程随气体流量增加可分为 3个动力学流区 :周期鼓泡区、混沌鼓泡区及喷射区 .     

Formation dynamics and size prediction of bubbles for slurry system in T-shape microchannel

The bubble formation dynamics and size manipulation in the slurry of polystyrene microspheres in the microfluidic T-junction were visually investigated by a high-speed camera. Based on the evolution of the bubble neck with time, the formation process of bubbles is divided into three stages: filling, squeezing and pinch-off. The particle concentration has an obvious effect on the squeezing stage, while less impact on the filling and pinch-off stages. In the squeezing stage, the evolution of the dimensionless minimum neck width of bubbles with time could be described by a power-law relationship. The increase of the particle concentration or continuous phase flow rate could lead to the increase of body flow of the continuous phase and the enhancement of the squeezing force acted on the bubble neck, correspondingly, the power-law index α in the squeezing stage enlarges. Moreover, the bubble size increases with the increase of the gas phase flow rate and the decrease of the particle concentration and continuous phase flow rate. However, the effect of the particle concentration on the bubble size weakens with the increase of the continuous phase flow rate. In addition, a new prediction correlation of the bubble size for the slurry system in a T-shape microchannel was proposed with good prediction accuracy.     

气液两相鼓泡塔流区及其过渡的混沌分析

应用确定性混饨分析技术,以气液两相鼓泡塔内的压力波动时间序列为分析对象,系统研究了鼓泡塔系统的混饨特性．结果表明,鼓泡塔内气液两相流动系统为混饨动力学系统,混饨特征参数最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数、Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵和关联维数Ｄ２等可以有效地表征鼓泡塔的流区及其过渡．混沌分析为定量判别鼓泡塔的流区及其过渡提供了新途径．操作条件对鼓泡塔内气液两相流动的混沌特性影响显著,表现为混沌特征参数值随表观气速增加而增加,随表观液速增加而减小,但是,混沌特性随空间位置的变化不显著．     

气/液-固两相流中的粒子速度

通过实验研究和理论分析,考察了提升管中颗粒相的质量守恒;发现在传统的两相流研究中,对颗粒速度的时间平均和算术平均存在着误用。在传统理论中,由于引入了颗粒相的体积分率项,实际上是对离散的颗粒进行了连续化的假设。由此不可避免地造成颗粒速度时间平均和算术平均的混淆。在微观尺度上对气/液-固两相流中颗粒速度时间平均的物理意义进行了分析,给出了计算非连续流场中颗粒时均速度的表达式,并提出了分析颗粒相质量守恒的方法。     

微通道内浆料体系中的气泡生成特性及尺寸预测

利用高速摄像仪对T型微通道内浆料体系中的气泡生成频率和气泡尺寸进行了研究。以氮气作为分散相,含0.35%（质量分数）表面活性剂（SDS）不同浓度玻璃珠的甘油-水溶液为连续相。实验考察了弹状流下气液两相流量、颗粒浓度以及浆料表观黏度对气泡生成频率及气泡尺寸的影响。结果表明：在弹状流下,当分散相流量一定时,随着连续相流量的增大,气泡的生成频率增大而气泡尺寸减小。当连续相流量一定时,随着分散相流量的增大,气泡生成频率和气泡尺寸均增大。随着颗粒浓度的增大,浆料的表面张力减小,表观黏度增大,气泡生成频率增大而气泡尺寸减小。提出了T型微通道内浆料体系中生成气泡尺寸的预测模型,模型具有良好的预测精度。     

Mathematical Modeling of Drying of Liquid/Solid Slurries in Steady State One-Dimensional Flow

A mathematical model of simultaneous mass, heat and momentum transfer for two-phase flow of a gas and a solid/liquid slurry was developed. The model was applied to calculation of the drying process of coal-water slurry droplets in a gas medium in a steady one-dimensional flow. The model was based on the well-known two-stage drying process for slurry droplets. After the first period of drying, in which the evaporation rate is controlled by the gas phase resistance, the evaporating liquid diffuses through the porous shell (crust) and then, by convection, into the gas medium. Inside the dry external crust of the drop, a wet central core forms, which shrinks as evaporation proceeds. The temperature of the slurry droplet rises. The process ends when the temperature of the dry outer crust reaches the coal ignition temperature in the case of combustion or when the moisture of the particle reaches the final required moisture. The developed model was based on one-dimensional balance equations of mass, energy and momentum for the liquid/solid and gas phases. The system of governing equations was represented by first-order differential equations and solved simultaneously. The numerical solution of the governing equations was obtained using Gear's method. The model permitted calculation     

圆管内含颗粒幂律流体的密相两相湍流

阐述了幂律流体控制方程的特点,研究了幂律流体的稠度系数和流动指数的变化对两相流动的影响.随着流动指数的增加,幂律流体在圆管中心附近的主流速度减小,同时颗粒相速度在圆管中心附近增大,而在管壁附近减小.随着稠度系数的增加,幂律流体和颗粒相的主流速度分布出现了与流动指数带来的影响相似的趋势.对带颗粒的幂律流体的两相流流动与液固两相流流动做了比较,幂律流体两相流的流体速度在管道中心附近的大部分区域比液固两相流的流体速度流动的速度大,而颗粒相的速度分布比较平坦.     

基于群体平衡理论的管内水合物浆流动特性数值模拟

水合物浆的流动特性对深水油气管道的流动安全保障和水合物法气体储运的工业推广具有重要意义。目前已有的水合物浆液流动特性数值模拟方法存在较多的缺陷及不足,为此本文引入了基于水合物颗粒聚集动力学的群体平衡模型。该模型重点考虑水合物颗粒在流动过程中的碰撞频率、聚并效率、破碎频率及破碎后子颗粒的粒径分布函数,可较好地描述管内水合物颗粒的流动行为。根据文献中的实验装置建立三维几何模型,利用Fluent 14.5软件对上述群体平衡模型和相关固液两相流模型进行联合求解,借此模拟流速及水合物体积分数对水合物浓度分布、水合物颗粒粒径分布和流动压降等水合物浆流动特性的影响。本文模拟结果与文献中相关实验数据吻合良好,可为水合物浆技术的规模应用提供借鉴。     

狭窄矩形通道内液固两相磨蚀特性

液固两相磨蚀研究主要集中于圆管弯头和射流工况,板式换热器等狭窄矩形通道内液固两相磨蚀特性的研究鲜见报道。在Fluent软件及其二次开发框架内构建了描述稀疏颗粒液固两相磨蚀特性的CFD-DPM-磨蚀耦合数学模型框架,研究了存在圆柱体阻挡物的狭窄矩形通道内两相流动特性和壁面磨蚀特性,揭示了壁面和固体颗粒的相互作用机制。研究结果表明：阻挡物的存在显著改变了狭窄矩形通道壁面的磨蚀行为;磨蚀速率随液固流速和壁面粗糙度的增加而增加,因此,保证设备较低的入口流速和壁面粗糙度对延长设备寿命至关重要;磨蚀速率随颗粒粒径的增加先增加后降低,在60μm左右时达到极大值;球形度系数对磨蚀行为影响较小。引入量纲为1颗粒尺寸,阐述了液相边界层束缚颗粒运动的作用机制;与光滑壁面工况相比,颗粒以较大能量高频撞击粗糙壁面,导致了壁面磨蚀较快。液固两相以较低的角度和速度撞击壁面,壁面材料去除机理以微切削为主。     

T型微通道内浆料体系中气泡的生成动力学

实验研究了T型微通道内浆料体系中弹状气泡的生成动力学,重点考察了颗粒粒径的影响。气泡的生成过程可划分为四个阶段：填充阶段、挤压阶段、过渡阶段和快速夹断阶段。在填充阶段、挤压阶段和快速夹断阶段,气泡最小颈部宽度与时间呈幂律关系。在过渡阶段,气泡最小颈部宽度与时间呈线性关系。浆料体系中气泡的挤压阶段和过渡阶段随颗粒粒径的减小而缩短。连续相流量及颗粒粒径对填充阶段幂律指数无显著影响;挤压阶段和快速夹断阶段的幂律指数以及过渡阶段的线性斜率均随颗粒粒径的增大而减小,随连续相流量的增大而增大。