环形狭缝通道内气液两相环状流流动特性

建立了环形狭缝通道内气液两相环状流的理论模型 ,该模型计及环状流气芯流动的可压缩性、气液两相间的相滑移、气相对液滴的夹带作用等因素 .考察了两相流质量流量和干度对压降、液滴速度相对变化和狭缝喉部气芯通流面积的影响 .用建立的理论模型对空气 -水两相环状流通过环形狭缝的两相压降进行预测 ,预测值和试验值吻合良好     

垂直管气液两相环状流界面扰动波频率特性

气液两相环状流的相界面存在扰动波,波动频率是描述环状流界面扰动波特性的关键参数,对环状流的传质传热研究有重要参考价值。利用近红外光的吸收特性,设计了液膜检测装置,采用垂直对射光路设计,并通过置入式导光管屏蔽一侧液膜和气芯夹带液滴,实现了对环状流局部液膜的非接触式检测。在此基础上对界面扰动波进行了频域分析,运用功率谱密度估计,对50 mm管径竖直上升管环状流界面扰动波波动频率进行了定量研究,得到0.1～0.8 MPa不同压强条件下,共70个流动条件的环状流界面扰动波频率值。利用实验结果对现有模型进行验证分析,在此基础上利用Strouhal数描述液相流动条件的影响,利用Froude数描述气相流动条件的影响,建立了预测环状流界面扰动波波动频率的St-Fr模型,经实验数据验证预测的平均绝对误差（MAE）为11.42%。     

垂直管气液两相环状流的界面扰动波速度

在气液两相环状流中,界面波是两相间质量、动量和能量转移的重要载体,对其特性参数（波速、波频和波幅）的研究具有重要意义。首先根据气液两相流界面波分类,对其特征进行了定性描述。针对现有的界面剪切力推导了界面扰动波速度预测模型,考虑了气核中夹带液滴引起的密度增量及气核与液膜表面相对速度的影响,得到了改进的垂直管环状流扰动波速预测模型。针对工业现场工况压力较高现状,设计了基于近红外吸收衰减技术和互相关原理的界面波波速测量传感器,在五种压力（0.2～0.9 MPa） 154个界面波波动速度条件下进行了实验。结果表明,改进后模型预测效果良好,相对误差在±10%左右,在不同系统压力条件下具有一定外推性。     

基于双锥流量计差压信号的气液两相流参数测量

设计了一种结构简单、加工工艺要求较低的双锥流量计,在此基础上提出了基于单个差压式流量计的气液两相流参数测量方法。提取双锥流量计差压波动信号的无量纲特征值,利用该参数建立气相体积含率的测量模型。通过对双锥流量计差压信号均值的分析表明,Lockhart-Martinelli常数与准气相流量比存在优良的线性关系,根据该线性关系建立了双锥流量计气液两相流流量测量模型。在气水两相流装置上开展了实验研究,结果表明,所建立的分相含率测量模型可在实验范围内对气相体积含率进行有效的测量,测量相对误差在8%以内;对气液两相流总流量和液相流量的测量误差可在5%以内。     

垂直管气液两相环状流界面扰动波频率特性

气液两相环状流的相界面存在扰动波,波动频率是描述环状流界面扰动波特性的关键参数,对环状流的传质传热研究有重要参考价值。利用近红外光的吸收特性,设计了液膜检测装置,采用垂直对射光路设计,并通过置入式导光管屏蔽一侧液膜和气芯夹带液滴,实现了对环状流局部液膜的非接触式检测。在此基础上对界面扰动波进行了频域分析,运用功率谱密度估计,对50 mm管径竖直上升管环状流界面扰动波波动频率进行了定量研究,得到0.1~0.8 MPa不同压强条件下,共70个流动条件的环状流界面扰动波频率值。利用实验结果对现有模型进行验证分析,在此基础上利用Strouhal数描述液相流动条件的影响,利用Froude数描述气相流动条件的影响,建立了预测环状流界面扰动波波动频率的St-Fr模型,经实验数据验证预测的平均绝对误差(MAE)为11.42%。     

气液逆流接触过程及液滴夹带特性

为了探究喷淋塔内气液逆流接触流动特点及液滴夹带特性,采用激光粒度仪及湿法等动取样对实验模型内液滴粒径分布及含液率进行测量,并结合高速摄影技术对喷淋液层气液两相流动特性进行跟踪拍摄。结果表明:根据气液逆流接触特点可将液层流动分为波动区、破碎区及夹带区;截面气速及液相体积流量的增大使得气液间作用力增强,夹带液滴粒径减小;由于碰撞作用双层喷淋下夹带液滴粒径相对于单层喷淋下较小;液滴在上行过程中运动复杂且多变,液滴的不规则运动及气相流场的复杂性是造成夹带区内液滴粒径分布波动的主要原因;定量得出气液逆流接触过程受气相夹带液滴粒径分布范围,研究结果可为喷淋塔内传质及传热过程提供参考,同时可为除雾器的开发提供设计依据。     

基于段塞流的通用气液两相流模型的建立与验证

气液两相混输流动中,由于段塞流与其他流型均有联系,从段塞流出发建立模型可以使不同流型下的计算模型得到统一。基于段塞流建立气液两相流动量方程和连续性方程,完善模型对气泡和液滴夹带的处理。建立模型的闭合关系式,对关键参数(壁面及气液相间水力摩阻系数、液塞平移速度、平均液塞长度)的计算闭合关系式进行优选,得到适用于模型的闭合关系式,同时,对液滴和气泡的夹带给出夹带条件及相关参数计算式,最终建立基于段塞流的通用气液两相流模型。使用3组不同来源的实验数据验证了模型计算压降和持液率的准确性,实验数据分别来自中国石油大学(华东)、大庆油田实验基地的气液两相流实验以及国外研究人员的实验研究,包含各个气液流型。模型具有较高的计算精度,优于未经关系式完善和优化的原始模型,大部分压降及持液率参数的计算误差在±15%以内。     

垂直管气液两相环状流的界面扰动波速度

在气液两相环状流中,界面波是两相间质量、动量和能量转移的重要载体,对其特性参数(波速、波频和波幅)的研究具有重要意义。首先根据气液两相流界面波分类,对其特征进行了定性描述。针对现有的界面剪切力推导了界面扰动波速度预测模型,考虑了气核中夹带液滴引起的密度增量及气核与液膜表面相对速度的影响,得到了改进的垂直管环状流扰动波速预测模型。针对工业现场工况压力较高现状,设计了基于近红外吸收衰减技术和互相关原理的界面波波速测量传感器,在五种压力(0.2~0.9 MPa)154个界面波波动速度条件下进行了实验。结果表明,改进后模型预测效果良好,相对误差在±10%左右,在不同系统压力条件下具有一定外推性。     

湿天然气管道内液滴夹带机理及模型研究

低含液量气液两相流具有独特的流动特性,尤其是气相流速较大时,表现为气相夹带液滴。本文介绍了湿天然气管道内气液两相流液滴夹带产生的机理,并对现有液滴夹带率计算模型进行了分析研究。     

水平井生产后期产水管理对策

水平井筒内气井携液流动的运动机理与垂直井筒中截然不同,因而不能简单地使用Turner公式或者其修正公式去计算水平井简的携液临界流量,有必要利用质点分析理论,推导出适合于水平井筒的最小携液临界流量计算公式。同时,随着可视化技术的发展,对气液两相流实验和流态的划分也越来越准确,实际测量携液临界流量成为了可能。从气液两相流态角度考虑,只有雾状流能近似使井筒中的全部液滴完全携带出来。因而根据Soliiman、Shollenberger等人提出的环状流到雾状流的转换准则,可以得到不同压力下雾状流存在的最小气量,即为水平井筒的携液临界流量。     

基于查询表的环状流初始携带份额分析计算

气液两相流临界热通量对工业设备的安全性有重要影响,液膜干涸模型是预测气液相环状流临界热通量的有效方法。确定环状流起始点、初始和平衡状态的携带份额、携带现象的发生条件、液滴沉积率以及携带率对模型的计算精度都起着决定性的作用。通过大量研究目前已经得到了适用于不同条件下的经验关联式来预测此模型中的大多数参数,然而环状流起始点的初始携带份额至今仍需通过假设来确定。以广泛应用于核工业的临界热通量查询表为依据,针对界限含气率区间建立环状流液膜干涸模型,对使模型计算值满足查询表工况的初始携带份额进行分析,拟合得到其与Weber数及液相Reynolds数的关联式,预测值偏差大多在±30%内。     

环状流起始点初始携带份额的分析计算

目前大多数研究采用液膜干涸模型预测气液两相环状流的临界热通量,其中确定环状流起始点、起始点和平衡状态的携带份额、携带现象的发生条件、液滴沉积率以及携带率对模型的计算精度都起着决定性的作用。通过大量研究目前已经得到了适用于不同条件下的经验关联式来预测此模型中的大多数参数,然而环状流起始点的初始携带份额至今仍需通过假设来确定。本文对蒸气-水为工质,压力为0.18～0.27 MPa条件下得到的实验数据进行了分析,通过计算值与实验值的对比提出了初始携带份额的经验关联式。比较结果表明,计算值与实验值的偏差在20%以内。     

旋流型管壁取样分配器整流特性分析

为克服管壁取样测量气液两相流体流量方法中环状流不均匀稳定的缺点,在旋流叶片下游采用整流元件将旋流形成的环状流整改成液膜厚度均匀稳定的环状流型,增强取样的代表性,并在整流器下游增设了两个取样位置,以确定装置最佳取样位置。分析表明,在取样位置1处形成的环状流比较均匀稳定;随着流量的增大,均匀环状流稳定流动的时间延长。本实验装置存在最小正常工作范围:气相折算速度为30.50 m/s,液相折算速度为0.08 m/s。当流量超过这一特定值时,流型整改效果良好。     

MODELING OF HEAT TRANSFER OF UPWARD ANNULAR FLOW IN VERTICAL TUBES

This article presents the modeling of heat transfer of upward annular flow in a smooth tube and a spirally internally ribbed tube. First, analytical models of two-phase flow dynamics and heat transfer of annular flow in flow boiling were derived from the liquid film momentum and energy equations for smooth tubes. Combined with empirical correlations for liquid droplet entrainment and deposition rates in annular flow, modeling of heat transfer of upward annular flow in the smooth tube was conducted. The predicted heat transfer coefficients of annular flow agree with the experimental results very well for the smooth tube. Based on the heat transfer model for smooth tubes, a simplified annular flow heat transfer model for the spirally internally ribbed tube was proposed by modifying the interfacial friction factor. The predicted heat transfer coefficients by the modified heat transfer model for the spirally internally ribbed tube agree with the experimental results to some extent. It is suggested that the heat transfer model for the spirally ribbed tube be further improved by modifying the correlations for liquid droplet entrainment and deposition rates in annular flow, which should describe the feature of annular flow in the spirally internally ribbed tube. Extensive experimental data are needed for this purpose.     

MODELING OF HEAT TRANSFER OF UPWARD ANNULAR FLOW IN VERTICAL TUBES

This article presents the modeling of heat transfer of upward annular flow in a smooth tube and a spirally internally ribbed tube. First, analytical models of two-phase flow dynamics and heat transfer of annular flow in flow boiling were derived from the liquid film momentum and energy equations for smooth tubes. Combined with empirical correlations for liquid droplet entrainment and deposition rates in annular flow, modeling of heat transfer of upward annular flow in the smooth tube was conducted. The predicted heat transfer coefficients of annular flow agree with the experimental results very well for the smooth tube. Based on the heat transfer model for smooth tubes, a simplified annular flow heat transfer model for the spirally internally ribbed tube was proposed by modifying the interfacial friction factor. The predicted heat transfer coefficients by the modified heat transfer model for the spirally internally ribbed tube agree with the experimental results to some extent. It is suggested that the heat transfer model for the spirally ribbed tube be further improved by modifying the correlations for liquid droplet entrainment and deposition rates in annular flow, which should describe the feature of annular flow in the spirally internally ribbed tube. Extensive experimental data are needed for this purpose.     

Radial mixing and residence times in the liquid phase in gas-liquid annular flow in vertical tubes

Theory for calculating the mean velocities of the drops and of the film in gas-liquid cocurrent annular flow by use of tracer pulse techniques has been developed. It is shown that the interaction between the film and the drops affects the mean residence times in each, and is much greater in its effect than is axial dispersion in the film or in the core. The theory also describes a relatively simple means of determining the mean amounts of droplet entrainment and liquid interchange between droplets and film from measurements made with continuous tracer injection. Knowledge of the entrainment and the mean velocities of film and drops is essential in determining the extent of interaction between the liquid film and the entrained liquid flow.     

预测水平管气-液环状流周向液膜厚度分布的理论模型

针对水平环状流液膜厚度沿周向分布的不对称性 ,用 5组双平行电导探针测量了水平管内气液环状流沿周向的瞬态液膜厚度 ,得到了平均液膜厚度沿周向的分布规律 .分析了液膜向上输送的机理 .为更为准确地预测液膜厚度 ,综合考虑了扰动波抽吸作用机理、气体二次流机理及液滴沉降和携带机理 ;通过量级比较和应力平衡的方法 ,提出了一个预测液膜厚度沿周向分布的理论模型 .数值模拟结果表明预测值与实验测量结果符合较好     

超声微反应器内气液传质过程的介尺度强化机制

采用CFD方法对超声微反应器内的Taylor气液两相流的传质过程进行了模拟。针对传质过程中主要的介尺度结构,包括气泡表面波、空化声流、液相内的局部浓度,分析了其空间分布和时间演化规律。模拟结果有效捕捉了实验难以观测的液膜区域,并将液膜厚度与气泡表面波振动进行了关联,阐释了气液界面附近的空化声流对传质过程的强化作用。根据超声微反应器内Taylor流的传质特点,分别研究了不同流动和超声条件对液弹内和液膜处传质过程的影响,比较了各局部传质对整体传质效率的贡献。通过分析整体/局部Sherwood数与Peclet数间的关系,研究了超声效应对气液传质速率的影响。分析结果从介尺度角度验证了文献关于超声微反应器传质系数的计算,完善了超声微反应器内气液传质过程的强化理论。     

大型塔进料分布器二相流场数值分析

以大型塔器常用的双切向环流进料分布器为例,通过数值分析研究了气液二相流体在分布器中的分布规律。选用k-ε湍流模型和Lagrange二相流模型,模拟计算气液二相混合进料时,通过改变液气质量流量比,研究气液二相流动规律、分布器的压降及雾沫夹带,同时与只模拟气相流场的结果进行比较。结果显示,气液混合进料比气相进料时的气体分布不均匀度小,压降和平均湍动能则偏大,气液二相流场的计算更接近实际工况,这为大型塔分布器的设计及确定适宜操作条件提供了理论指导。