用CFD方法模拟膜生物反应器内部流场及布气优化

采用Eulerian多相流模型对膜生物反应器进行气液两相流数值模拟,对“对齐”和“对齐导流”两种反应器构型内部流场气含率、速度场和膜面液体流速进行了分析比较,并就布气方式进行了分析和优化,同时借助缩小实验模型对模拟结果进行了实验验证.结果表明：两种反应器构型流场内的气泡呈现出汇集于膜组件中心位置,然后在膜组件顶端散开的流动状态;导流作用对反应器内气含率分布的影响不大,但对速度场分布特性影响显著;体积缩小100倍的对齐导流模拟装置中的气液流动状态与CFD模拟结果基本一致;通过对布气方式的优化模拟发现,不均匀布气方式可以改善气体分布状况,提高反应器内气含率和流场的湍流强度.     

Rushton搅拌釜气含率分布CT彩色数字成像模型研究

为了建立和实现137Cs γ射线CT(computed tomography)测量Rushton气液搅拌釜气含率分布彩色数字成像模型,根据137Cs发射γ射线信号和探测器接受信号的Poisson分布模型和气液两相流体吸收衰减辐射信号的二项分布模型,在给出接受信号实验样本空间条件下,采用最大似然参数估计法,对容器断面气液...     

水平管内空气-水两相流流型的混沌特征

在内径26 mm、长2 000 mm的水平管内,用差压变送器测量气液两相流不同流型下的压差波动信号,通过小波变换对信号进行除噪后,运用确定性混沌分析技术对信号进行分析,研究两相流系统分层流、泡状流、间歇流和环状流压差波动信号的混沌动力学行为.结果表明,气液两相流动系统为混沌动力系统,吸引子可用来表征气液两相流系统的动力学行为,混沌特征参数关联维D2和K熵可用来定量识别以上4种流型.     

多孔介质通道气液两相流型及压降特性研究

通过高速摄影仪研究多孔介质通道内气液两相流体垂直向上流动的流型,在实验参数范围内依次拍摄到泡状流、弹状流、脉冲流、雾状流4种典型流型,并总结了各种流型的特征。依据实验获得的两相流动阻力数据,分别对分相模型阻力关系式和均相模型阻力关系式进行了拟合,得到了适于实验特点的两类阻力关系式。改进后的两类模型均与实验数据实现了较好的吻合,但模型关系式定义中包含了影响阻力压降各要素的均相模型具有更高的预测精度,且该模型物理意义更加清楚,可以优先用于多孔介质通道气液两相流动的阻力计算。     

气液两相流波动系数及其在流型识别中的应用

为了克服已有流型识别方法受主观影响大、在线识别困难和流型识别不准确等缺点，利用对气液两相流流型影响小、压力损失小的文丘里管测量差压信号,通过计算差压信号瞬时值平均方根与平均差压方根之间的比值得到气液两相流的波动系数，提出了双参数识别气液两相流流型的方法.波动系数表明了瞬时差压偏离平均差压的程度以及截面含气率的波动程度.两相流动越不稳定，截面含气率波动越大；气液两相流各截面状态的差异越大，波动系数越大.两相流波动系数表示两相流动的波动程度，使用波动系数可以直接将分层流与其他两相流流型区别开.实验结果表明，双参数识别气液两相流流型的方法受主观影响较小，可以有效识别泡状流、塞状流、弹状流、环状流和分层流.     

气液两相流波动系数及其在流型识别中的应用

为了克服已有流型识别方法受主观影响大、在线识别困难和流型识别不准确等缺点，利用对气液两相流流型影响小、压力损失小的文丘里管测量差压信号．通过计算差压信号瞬时值平均方根与平均差压方根之间的比值得到气液两相流的波动系数，提出了双参数识别气液两相流流型的方法．波动系数表明了瞬时差压偏离平均差压的程度以及截面含气率的波动程度．两相流动越不稳定，截面含气率波动越大；气液两相流各截面状态的差异越大，波动系数越大．两相流波动系数表示两相流动的波动程度，使用波动系数可以直接将分层流与其他两相流流型区别开。试验结果表明，双参数识别气液两相流流型的方法受主观影响较小，可以有效识别泡状流、塞状流、弹状流、环状流和分层流．     

基于MFCC和HMM的气固流型辨识

针对气力输送管道中测控装置后常见的三种过渡流型,即中心流、环状流和层状流,采用静电传感器作为测量装置获得静电流动噪声信号,借鉴语音信号处理方法,提取静电流动噪声信号的梅尔频率倒谱系数（MFCC）及其一阶差分作为特征参数,用特征参数训练连续高斯混合密度隐马尔科夫模型（CGHMM）,建立不同流型的模型库,再用训练好的CGHMM模型对提取的特征参数进行分类,进而实现流型识别.实验结果表明,该方法识别率达到98%,为气固流流型识别及气力输送测控装置提供了新的研究方法.     

基于高阶统计量和小波变换的差压信号分析

为分析气液两相流差压信号的内在特征，提高测量信号的信噪比（SNR），提出了一种基于小波变换和高阶统计量的信号分析方法.该方法利用小波变换技术将差压信号分解为多个不同频段的尺度函数，根据先验知识滤除信号中的高频噪声，同时提取不同尺度上的细节信号能量特征值.基于高阶统计量技术，提取不同工况下重构的已除噪差压信号的双谱特征值，分析了信号的双谱特性.初步研究表明，小波变换和高阶统计量相结合的信号分析方法能有效地抑制信号中的高斯有色噪声，提取的细节尺度能量特征和双谱特征可以提供更多的关于管道内复杂流动状况的信息.该方法为气液两相流流动状态的判别和过程监控提供了有益的借鉴.     

穿流栅板塔冷模实验

为解决穿流式栅板塔操作时气液两相的接触状态、流体力学和传质特点缺乏实验依据的状况,从而更准确地选取穿流栅板塔设计中的重要参数,在φ150的试验塔内,以空气水为系统,通过冷模实验分别对采用堵缝法确定的开孔率为11%、13%和15%的穿流塔板进行研究.考察了其气体流量、喷淋密度对板压降的影响以及气含率与气体流量的关系,验证了板上气液接触状态的演变过程,得出了塔板的负荷性能图,导出了计算起泡点和液泛点气速的经验公式,并对热模操作做出推测.结果表明,穿流栅板塔的气液接触状态可分为润湿区、鼓泡区和液泛区;起泡点和液泛点气速的计算可采用本文导出的经验公式;气含率随气流量的增大而增大;可采用堵缝法降低塔板的开孔率,使气体动能增大而进入良好的操作区,从而提高塔效率.     

井口声发射井筒液气浸检测-时延估计方法

基于高阶统计,提出了井口声发射井筒液气侵检测中的接收和发射声信号之同时延估计的非参数化和参数化方法。通过分析声信号在井筒液中的传播过程。井口声发射井筒液气侵检测中的接收噪声,可近似模型化为空间相关的高斯色口声。由于四阶累积量对任意高斯噪 废止性,因此,较常规互相关估计方法,这些方法可以进一步提高检测概率。计算机模拟结果证实了产有效性。     

声发射检测气液两相段塞流特性

采用声发射技术对水平管内气液两相段塞流声信号进行非侵入式、实时检测。通过设定时间窗和长气泡定义时间计算声发射信号参数,分析段塞单元声信号特点,利用双通道声发射传感器,根据同一液塞到达前后两个传感器的时间差来计算段塞速度,测试结果与双平行电导探针、Nicklin经验公式对比。结果表明,段塞单元信号特征明显,液塞头部、液塞体和长气泡声信号依次减弱,长气泡区信号低于阈值。声发射技术可以检测液塞速度,具有油田现场工程应用价值。     

基于声发射波形流信号的滚动轴承故障双谱分析及诊断

使用声发射波形流测试技术,采集滚动轴承正常状态及外圈故障、内圈故障和滚动体故障时的声发射波形流信号,分析声发射波形流信号与故障频率特征值间的关系。运用包络谱分析方法对滚动轴承声发射波形流信号进行分析,提取运转过程中信号峰值频率,通过与滚动轴承不同故障固有特征频率的理论值对比,发现具有很好的一致性。通过对滚动轴承声发射波形流信号的包络分析,可实现滚动轴承故障的早期诊断。     

基于声发射波形流信号的滚动轴承故障双谱分析及诊断

使用声发射波形流测试技术,采集滚动轴承正常状态及外圈故障、内圈故障和滚动体故障时的声发射波形流信号,分析声发射波形流信号与故障频率特征值间的关系。运用包络谱分析方法对滚动轴承声发射波形流信号进行分析,提取运转过程中信号峰值频率,通过与滚动轴承不同故障固有特征频率的理论值对比,发现具有很好的一致性。通过对滚动轴承声发射波形流信号的包络分析,可实现滚动轴承故障的早期诊断。     

亥姆霍兹自振空化装置流场特性的数值模拟

为了获得亥姆霍兹(Helmholtz)自振空化装置空化场的流动特性,利用计算流体动力学的商业软件Fluent,使用大涡的模型(LES)和多相流(Mixture)模型,对装置内流场进行数值模拟.通过研究不同操作条件、不同结构尺寸对空化效果的影响,得到了场内空化区的空化数、气含率分布以及速度压力振荡曲线,并将所得结果与孔板...     

T型毛细管中气液两相流型及Taylor流的数值模拟

运用FLUENT求解器中的VOF模型对T型毛细管中气液两相流型进行数值求算,模拟出不同气液相表观速率下的各流型变化及Taylor流流动,并考察了气液表观速率、接触角以及毛细管内径对Taylor流流动特性的影响。研究结果表明:通过改变气液两相的表观速率,观察Taylor流中的气液柱长度的变化,发现得到的模拟值和实验值在一定范围内非常吻合;气泡长度和液柱长度分别随着气相表观速率和液相表观速率的增大而变长;随着接触角的增大,Taylor流中气液柱的长度会呈现凹函数的线性变化,但整个过程波动范围均在15%以内,这表明接触角对Taylor流的流动影响不大。     

用神经网络分析两相流横掠三角形柱体的信号

对气液两相横掠柱体旋涡脱落信号数据进行了三层小波分解,并提取第三层小波分解的8个重构信号的能量作为人工神经网络的输入特征向量,训练了人工BP神经网络,并应用该网络实现了气液两相绕流中含气率大小的定位.解决了用传统的傅里叶变换进行信号分析时所不能解决的问题,即当含气率过大时,无法从功率谱图上确定含气率的大小.试验范围内最大可确定的截面含气率可达35.9%.研究表明,小波分解的特征提取技术和人工神经网络的模式识别技术联合应用可以作为测量两相流组分的一种新方法,也可作为对大含气率气液两相流横掠柱体旋涡脱落的分析方法.     

基于混合物理论的饱和介质体应变本构模型

为了解决饱和多孔介质的建模问题,采用工程混合物理论建立了饱和多孔介质体积本构理论框架。首先,假定多孔固相与流相基质体积变形功相互独立,采用Terzaghi有效球应力、孔压和流体基质压力作为本构模型的应力状态变量,获得了固相、固相基质和流相基质体应变的余能表达式。其次,根据Lade和De Boer模型试验加卸载测试数据,建立了加卸载阶段饱和多孔白塞木立方体流固两相体积本构方程,推导了固相体积切线模量、Biot切线系数和流相Biot切线模量等力学参数计算公式。分析了加载阶段固相体积切线模量,Biot切线系数,流相Biot切线模量等力学参数随Terzaghi有效球应力和孔压变化规律。最后,根据本文体积本构模型和静力平衡方程建立了饱和多孔介质的一维固结方程,数值分析了饱和多孔白塞木立方体的固结特性,获得了固结度和沉降随时间变化曲线。研究表明,固相体积切线模量随Terzaghi有效球应力的增大而增大,随孔压 的增大而减小。Biot切线系数介于0.42~0.95之间,随Terzaghi有效球应力和孔压的增大而减小。流体Biot切线模量随Terzaghi有效球应力增大而先减小后增大,随孔压增大而减小。孔压切线系数在大多数情况下小于1.0。考虑固相基质变形时饱和多孔介质的初始孔压不等于外荷载,因此饱和多孔介质在外荷载作用下存在瞬时沉降。本文提出的建模方法可用于非线性饱和多孔介质的建模和数值分析工作。     

T型毛细管中气液两相流型及Taylor流的数值模拟

运用FLUENT求解器中的VOF模型对T型毛细管中气液两相流型进行数值求算,模拟出不同气液相表观速率下的各流型变化及Taylor流流动,并考察了气液表观速率、接触角以及毛细管内径对Taylor流流动特性的影响。研究结果表明:通过改变气液两相的表观速率,观察Taylor流中的气液柱长度的变化,发现得到的模拟值和实验值在一定范围内非常吻合;气泡长度和液柱长度分别随着气相表观速率和液相表观速率的增大而变长;随着接触角的增大,Taylor流中气液柱的长度会呈现凹函数的线性变化,但整个过程波动范围均在15%以内,这表明接触角对Taylor流的流动影响不大。     

互相关多相流量测量的理论模型

通过对互相关流量测量系统中随机流动噪声检测机理的理论分析和超声波气液两相相关流量测量系统上的实验结果，建立了适合于多相流的互相关测量的新的理论模型－－叠加模型。这个模型在理论上较透彻和全面志描述了相关流量测量系统的机理，并有效解释了实际相关曲线中出现的各种现象，在实际应用中取得了良好的效果。     

含气率对长圆管内气液两相流流场特性的影响

为了解决不同工况下长圆管径向支撑承载力及其稳定性的问题,采用有限体积法,对长圆管内不同含气率的气液两相流的流场特性进行了数值计算。基于流体力学基本理论与多相流理论,完成了长圆管内气液两相流湍流流动形态的瞬态追踪,并计算了不同含气率的流场分布对管道内壁产生的流场作用力。结果表明:随着流动的进行,当气相流体加入液相流体时,气相流体作用于液相流体表面形成波浪,且含气率越大,气相流体对液相流体的作用越强,当含气率α50%时,液相流体的流动效应被逐渐减弱,流动形态转变为层状流,管壁受到的流场作用力减小。