平行流换热器两相流分配模型的建立与验证

制冷剂的分配不均对平行流换热器的换热性能会产生重大影响。基于T型管的T-junction模型,联立质量方程和压力方程,设计合适的算法建立平行流换热器两相流流量分配的模型,该模型的优势在于无需已知分歧管流量可模拟分歧管的分配特性。在此基础上,将模型的计算结果与实验数据对比验证,验证了模型有效性,为平行流换热器的设计提供合理的依据。计算并分析了干度与质量流量对平行流换热器分配的影响,结果表明干度对平行流换热器分配的影响不大。在干度不变时,提高流体的质量流量可以对平行流换热器流量分配进行改善。     

平行流换热器两相流分配模型的建立与验证

制冷剂的分配不均对平行流换热器的换热性能会产生重大影响。基于T型管的T-junction模型,联立质量方程和压力方程,设计合适的算法建立平行流换热器两相流流量分配的模型,该模型的优势在于无需已知分歧管流量可模拟分歧管的分配特性。在此基础上,将模型的计算结果与实验数据对比验证,验证了模型有效性,为平行流换热器的设计提供合理的依据。计算并分析了干度与质量流量对平行流换热器分配的影响,结果表明干度对平行流换热器分配的影响不大。在干度不变时,提高流体的质量流量可以对平行流换热器流量分配进行改善。     

应用文丘里管和空泡份额传感器测量油气两相流的实验研究

油气两相流流量测试技术一直是油田两相流研究的重要领域,对油井产能评估和油田的现场管理意义重大.但由于缺乏高精度的测量装置以及气液间滑速比的存在,一直很难获得高精度的两相流的相流量.今利用文丘里管和空泡份额传感器对油气两相流流量测试方法进行了理论和实验研究,首先采用辐射式的空泡份额传感器对流动管道的截面含气率进行了测量,进而计算得到混合物的密度;然后利用喉径比为0.45的经典文丘里管测量得到了两相流总质量流量.在此基础上,考虑了油、气两相界面滑速比对气相流量计算产生的影响,改进了传统的均相流模型,得到了气液两相流气相流量新的计算方法.实验结果表明,利用该方法计算得到的油气两相流总流量、液相流量以及气相流量都具有较高的精度,能够满足现场测试要求,从而为现场测量提供了一种新的计算方法.     

基于管内相分隔的径向压差在多相流测量的应用

在管内相分隔技术产生的径向压差应用在单相流测量的基础上,以油水两相流为例,系统地研究了基于管内相分隔产生的径向压差在多相流测量的理论机理,并进行了实验验证。理论分析表明,在管内相分隔状态下,旋流器下游某截面壁面和管中心的径向压差与油水两相流的总质量流量和体积含油率呈一定函数关系,当测量出旋流器下游某截面壁面和管中心的径向压差后,若油水两相流的总质量流量和体积含油率中的任一参数已知,就可以求出另一参数。实验结果显示,在旋流器下游0.075 m和0.115 m的截面上,体积含油率的实验值与理论值的相对误差均在±8.02%以内,此时油水两相流总质量流量的实验值与理论值的相对误差均在±1.44%以内。     

基于管内相分隔的径向压差在多相流测量的应用

在管内相分隔技术产生的径向压差应用在单相流测量的基础上,以油水两相流为例,系统地研究了基于管内相分隔产生的径向压差在多相流测量的理论机理,并进行了实验验证。理论分析表明,在管内相分隔状态下,旋流器下游某截面壁面和管中心的径向压差与油水两相流的总质量流量和体积含油率呈一定函数关系,当测量出旋流器下游某截面壁面和管中心的径向压差后,若油水两相流的总质量流量和体积含油率中的任一参数已知,就可以求出另一参数。实验结果显示,在旋流器下游0.075m和0.115m的截面上,体积含油率的实验值与理论值的相对误差均在±8.02%以内,此时油水两相流总质量流量的实验值与理论值的相对误差均在±1.44%以内。     

冲击型T形管处气液两相流分流特性研究进展

气液两相流流经T形管时,两相流流量通常在支管中分布不均,严重影响下游设备的运行效率和运行安全。截至目前,国内外学者对分支型T形管进行了大量研究,但是很少有人关注冲击型T形管处的分流特性。本文从实验、模型和理论等角度进行分析,详细回顾了冲击型T形管处两相流分流存在的问题,并展望了未来的研究方向。本文描述了不同角度的冲击型T形管以及水平冲击型T形管后连接不同角度的分支管路等实验,概述了以流线划分方法为基础的现象学模型和以管路压降为基础的机理模型,总结了分支管路的方向、T形管入口处气液两相流型、T形管下游管路对称性、T形管下游立管中两相流的流动状态以及下游管路中压降等重要因素对气液两相流分流特性的影响,阐明了未来的研究方向。提出下一步的研究工作可以从改进气液两相流分流模型以提高预测精度、将下游分支管路中的流动状态与动量平衡理论相结合来研究T形管处两相流分流等方面开展。     

基于分相流模型的气液两相流流量测量

从伯努利方程出发,基于分相流模型,推导出气液两相流流过文丘里管的流量公式.在分析了两相流通过节流装置的实际流动情况后,作者认为气液两相滑移比是影响流量公式误差的一个重要因素.在理论与实验研究的基础上,作者提出了气液两相流流过文丘里管的滑移比经验关联式.利用作者提出的滑移比经验关联式和分相流模型的流量公式测量两相流流量,体积流量误差的均方根小于5.1%,表明该方法适用流过文丘里管的两相流流量测量,尤其对于两相流动激烈的两相相互作用区域,流量误差满足测量的要求.     

空气冷却器并联椭圆管组内水流流动的数值模拟

本文对并联椭圆管组内的水流流动进行了数值模拟。计算了三种不同集箱进出水方案的流动特性,分析了不同水流量对管组流量分配的影响。方案A,上集箱左侧进水,下集箱右侧出水。方案B,上集箱中部进水,下集箱中部出水。方案C,上集箱两侧进水,下集箱两侧出水。计算结果表明,流量分布均匀性方面方案C为最优方案。总流量较小时,流量分配均匀性较好,方案C流体压降最低。     

文丘里管中气液两相流差压波动信号与空隙率关系

为了研究气液两相流差压波动信号与空隙率之间的关系,建立了差压波动信号均方根与空隙率的关系式.针对油气两相流和气水两相流,在管径分别为40 mm和50 mm管道上进行实验,分析了文丘里管差压波动信号与空隙率、流量、压力以及流体密度等参数的关系,得到了差压波动信号与空隙率的量纲1关系式.此关系式不仅反应了差压波动信号与空隙率的关系,而且提供了一种间接测量空隙率的方法.该方法只需要测量文丘里管前的压力和前后的差压波动信号,计算出该差压信号的时均值、瞬时值就可以计算得到空隙率的值.实验结果表明在空隙率小于85%的范围内,油气两相流和气水两相流空隙率的测量误差分别为10.9%和11.3%.如果与利用空隙率和差压测量气液两相流流量的方法相结合,则仅利用一个文丘里管就可以实现两相流流量测量.     

并联管路气液两相流量均布特性数值模拟研究

为了确保大型液化天然气(LNG)板翅式换热器冷箱并联管路流量均布性,基于计算流体力学(CFD)方法,根据实际板翅式换热器冷箱并联管路的形式,简化并建立了并联管路物理模型,模拟研究了气液两相流的流量均布特性。研究结果表明:当气液两相流速固定时,增加两相的体积含气率会先降低后提高流量分配的均匀性;当两相的体积含气率固定时,流量分配均匀性随流速的增加而变好。不同管路布置方式对并联管路流量分配影响不同。为提高并联管路流量的均布性,当管道水平布置时,优先考虑水平上进下出式;当管道垂直布置时,优先考虑垂直向下流入式。上述研究成果将为大型LNG板翅式换热器冷箱并联管路运行参数和布置方法的设计提供重要的理论依据。     

入口流速对间断微通道内流型演变及流量分配特性影响

微通道内气液两相流动规律是影响微通道换热器换热系数和流场温度均匀性的主要因素。以N2和H2O为工质，对间断、并联矩形微通道换热器内气液两相流型的起始、发展、稳定过程的演化以及并联通道内流量分配不均匀特性进行了数值模拟研究。结果表明，不同的进口Re对微通道内流型的演变过程和流动周期有重要影响，当进口Re为450时，气相工质在均流腔内以离散的散团状形态脉动扩散至微通道中，并联通道内气相工质从弹状流型态逐渐转变为泡状流型态；当进口Re增至为1600时，气相工质在均流腔内以较连续的椭圆状型态扩散至微通道中，并联通道内气相工质从环状流型态逐渐转变为泡状流型态。通道结构还将影响并联通道间的流量分配的均匀性，间断微腔的存在使微通道内工质质量流量分布均匀性提升38.7%，通过研究通道内压力分布规律，发现通道内静压的分布不均匀是导致两相工质从均流腔进入微通道时发生不均匀分配的重要原因。     

平行流场气液两相流动瞬态模拟

对平行流场两相流瞬态过程进行了初步模拟研究,利用VOF两相流模型对平行流场内初始分布有液体然后通入一定流量气体进行吹扫的瞬态过程进行了数值计算,分析了流场竖直布置时重力对流道内液体传递造成的影响。结果表明,平行流场竖直放置时不利于液态流体的排出,液体的分布也不均匀。为提高该种流场排出液体的能力,本文对流道进出口总管进行了改进设计,采用渐缩总管的布置形式,并进行了计算,发现渐缩型总管可以改善液体在不同流道间的分布。     

直通道流场PEMFC电流密度分布测定实验

大功率燃料电池研究中存在的主要问题是电池在放大过程中性能出现大幅度衰减．为提高电池和电池组性能,改善电池内部水管理,优化电极组成、电池操作参数和流场板结构,对电池内部电流密度分布进行测定很有必要．     

并行微通道内气液相分配规律

微反应器的集成放大对于微化工技术的工业应用具有重要意义。利用高速摄像仪对4个并行微通道内气液两相流动状况及相分配规律进行了研究,考察了气液两相流量及液相黏度对两相分布均匀性的影响。实验所用液相为含0.3%表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的蒸馏水-甘油溶液,气相为氮气（N₂）。实验观察到了6种典型的两相流型。对各支通道均为弹状流情况下气泡长度和气泡速度的分布规律进行了研究。在一定气相流率下,各支通道气泡长度的相对标准偏差随液相流率的增大而增大,气泡速度的相对标准偏差值随液相流率的增大先升高到一定值然后逐渐减小。气相分配不均匀性随液相流率和黏度的增大而增大,液相分配不均匀性随液相黏度的增大而减小,气相流率的变化对于两相分布影响不明显。研究结果有助于并行微通道的结构设计与优化,以实现更为均匀的气液两相流动分配。     

制冷剂在微通道扁平T型管内的气液两相流相分配特性研究

气液两相流在常规T型管内的相分配特性已得到充分研究,但少有文献关注微通道扁平T型管内的两相流分配特性。以两相制冷剂R134a为工质,对扁平T型管内的相分配特性进行了实验研究。实验结果表明,气液两相流在扁平T型管内的液相进口流速增加会使液相分离比减小,气相分离比增大;进口干度增加使液相分离比增大,气相分离比减小;气相进口流速对扁平T型管内泡状流的相分配影响较小。由相分配模型预测值与实验值对比可知,现有的相分配模型还无法准确预测扁平T型管内泡状流的气液相分离比。在进口干度为0.45~0.5时扁平T型管内制冷剂R134a气液相分配比较均匀。     

微反应器内入口结构对Taylor气泡形成过程的影响

采用计算流体力学方法,考察了微通道入口结构、气液比及两相混合速度对Taylor气泡形成过程的影响,模拟结果与可视化实验符合良好。与单纯流体体积法相比,水平集法（level set）和流体体积法（volume of fluid）相耦合的方法（coupled level set and volume of fluid method,CLSVOF）可获得更精确的气液界面,且CLSVOF法结果与实验结果更符合。数值模拟结果发现,通道入口结构及气液比对气泡长度、气泡生成频率及气泡体积有很大影响。气液比恒定,不同通道入口结构,两相混合速度对气泡长度有不同影响。     

G-LISR不同气相入口流速对流场特性的影响

为了提高气液撞击流反应器(G-LISR)的混合性能,找到合适气相入口速度的操作参数,采用ANSYS Workbench中的Geometry模块,基于欧拉·拉格朗日法建立G-LISR气液两相流动数学模型。在加速管对置距离为400mm,液相入口速度为5m/s,三种不同的气相入口速度(10,15,20m/s)条件下,用数值模拟软件Fluent分析模拟出了不同气相入口流速下反应器内流场的分布特征。模拟结果表明:随着气相入口初始流速的增大,反应器内湍流强度有所增加,在压力波动最为剧烈的撞击面中心点处,压力急剧增大。增大气相初始流速,将降低反应器中的液滴的浓度分布,减少了液相在反应器中的停留时间。从能量损耗和气液两相在反应器中的混合效果来看,气相初始流速不宜过大,10m/s为较佳。     

多支管内流体流动的数值模拟计算

通过对银锌电池组各电液框内的电解液流动方式进行适当的简化,利用软件Fluent对两种流动方式(U型与Z型)中各支管内的流动情况进行了数值模拟。由计算分析可知,U型流动方式较好。为了进一步提高各支管内流量分布的均匀性,提出了改善流量分配的方案,即在进口总管中加入一分配管,并对改进后的两种类型流动情况进行了分析比较。     

Experiment and simulation using diffusion flux model for gas-particle two-phase flow in a suspension bed

A mathematical model of multi-phase turbulent flow based on the diffusion flux model and the numerical simulation method to analyze the gas-particle flow structures have been developed. The diffusion flux model in which the accelerations due to various forces are taken into account for the calculation of the diffusion velocity of the particles enables its application to the analysis of multi-dimensional gas-particle two-phase flow. In order to verify the accuracy and efficiency of the numerical simulations, an experimental study of gas-particle flow in a suspension bed has been conducted. The numerical analysis results by using the diffusion flux model agree reasonably well with the experimental investigation. It is confirmed that the diffusion flux model has the capacity of correctly simulating the multi-dimensional gas-particle two-phase flow.     

并行微通道内液液两相流及介尺度效应

使用高速摄像仪研究了T形并行微通道液液两相流的流型。以甘油-水溶液为分散相、含5%（质量分数）道康宁的硅油为连续相,下游通道中观察到了塞状流、液滴流、环状流和并行流4种流型,绘制了流型图及流型转变线。研究了后空腔中液滴群的形态,运用介尺度概念分析了后空腔中液滴群的行为对流量分配的影响。观察到后空腔中液滴群的挤压、松散、有序排列和并行排列等4种形态,不同形态的转变主要受两相流量比的控制。研究了两相流量比对并行微通道内流量分配的影响,以及分析了不同操作条件下影响流量分配的主导因素。在两相流量比较小时,流量分配由下游通道的流体阻力主导,而两相流量比较大时由后空腔内液滴群动力学主导。