喷嘴与水平圆管的气－液两相流动阻力特性

本文应用一维变密度气－液两相流动量方程于喷嘴和水平圆管的气水两相流动，建立了喷嘴进出口压力及流速之间的关系，将动量方程在有限管道长度内积分，从而可由试验测得的压力差计算通过水平回管的气－液两相流阻力系数，并在大量试验的基础上建立了考虑截面含气率的喷嘴动量修正系数的相关关系式和水平因管中气水两相流阻力系数与雷诺数之间的关系式。     

喷嘴与水平圆管的气—液两相流动阻力特性

本文应用一维变密度气－液两相流动量于喷嘴和水平圆管的气水两相流动，建立了喷嘴进口压力及流速之间的关系，将动量方程在有限管道长度内积分，从而可由试验得的压力差计算通过水平圆管的气－液两相流阻力系数，并在大量试验的基础上建立了考虑截面含气率的喷嘴动量修正系数的相关关系式和水平圆管中大气两相流阻力系数与雷诺数之间的关系式。     

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。     

表面活性剂对气液两相螺旋管流流动特性的影响

为了考察阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对气液两相螺旋管流流动特性的影响,该文用实验研究了不同浓度的SDS溶液体系气液两相螺旋管流的流型转变及压降规律。实验装置为由有机玻璃圆管制成的长2 m内径23 mm的实验段,以SDS水溶液和空气为实验介质,气液相折算流速均为0―2.5 m/s,SDS溶液质量浓度10―90 mg/kg,螺旋流由5种不同型号的金属螺旋叶轮诱导产生。利用直接观察和高速摄像相结合的方法观测流型的变化,并用液柱式压差计测量实验管段上下游间压差,实验在常温常压条件下进行。实验共得到螺旋线状流、螺旋波状分层流、螺旋轴状流、螺旋弥散流4种流型,与未添加表面活性剂体系相比较,并未得到螺旋泡状流和螺旋团状流这两种流型。同时,随着SDS溶液浓度的增大,气液两相螺旋流逐渐向螺旋弥散流流型转变,这是因为低浓度的SDS溶液随着其浓度的增大,气液界面张力逐渐减小,而气液掺混程度则会不断增大。此外,与未添加表面活性剂体系相比较,添加了SDS体系的气液两相螺旋管流压降梯度将会减小。最后,阐述了气液两相螺旋管流强化天然气水合物生成的研究及应用现状,并针对多相流研究现状,提出了气液两相流相间传热特性应成为今后研究热点等建议。     

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。     

基于PIV测量技术的变曝气量下气液两相流速度场研究

粒子图像测速技术(PIV)作为一种无扰的全流场速度测量手段,在多相流研究领域具有较高的学术意义和实用价值。本研究针对曝气过程中的复杂气液两相流动,使用高速摄影机获取气液两相流流场的高帧图像,再通过图像预处理手段及PIV测速算法得到气液两相流速度场信息,并对不同工况下气液两相流的流态流速规律进行了研究分析。本文提出的图像预处理方案,通过采用图像的运动目标分割、降噪与反相等手段进行图像预处理,可以有效地减少后续速度场计算中的信息量及误差。研究结果为工业生产过程中有效提高曝气效率提供了重要的参考依据。     

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。     

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.     

在常规水洞中模拟气—液两相流的试验

本文介绍利用常规的循环水洞，模拟气－液两相流试验的方法，所获得的初步试验成果证实，在气－液两相介质中最低的声速约为３０％／秒左右，并且在超音超速气－液两相流中也有产生激波的可能，并讨论了深入开展超音速气－液两相流研究的重要意义。     

STABILITY OF VORTEX STREET IN GAS-LIQUID TWO-PHASE FLOW

The stability of the Karmen vortex street in gas-liquid two-phase flow was studied experimentally and theoretically. The values of the parameter h/l characterizing the vortex street structure (i. e. , the ratio of the vortex street width to the distance between two vortexes) for a stable vortex street in gas-liquid two-phase flow were obtained for the first time. The parameter h/l was prpved to be a variable, not a constant as in single-phase flow, h/l is related to the upstream fluid void fraction. In gas-liquid two-phase fluid flow to form a steady vortex street is more difficult than in a single-phase fluid flow. Because in the unsteady vortex shedding the vortex shedding band frequency is broader than the one in the single phase fluid flow, so it is easier to induce the cross-cylinder resonance than in the single phase fluid flow, and this case should give rise to the attention of engineers.     

透水框架的三方柱绕流数值分析

针对四面六边透水框架按高度分层后形成等边三角形布置的三方柱绕流问题进行了数值模拟,分析不同间距比l/d=1.5,2,3,4,5,7下流场分布和各方柱的升、阻力系数以及斯特劳哈尔数的特性。研究结果表明:当l/d=1.5~7时,B,C柱尾流场经历了近处漩涡掺混到近处漩涡分离,远处漩涡掺混到远处漩涡分离,最后形成各自独立的方柱绕流;在l/d=2时,各方柱的平均阻力系数明显减小,并且通过对流场分析发现此间距比下对水流的减速效果最明显;由于B,C柱的存在与单方柱绕流有很大区别:在流场方面,l/d=1.5时,B,C柱限制A柱边界层剪切带的卷起,随间距比的增加这种现象逐渐消失;在动力特性上,A柱的阻力系数明显小于单方柱绕流情况。斯特劳哈尔数Sr随间距比的增大而逐渐增大并趋近于单方柱绕流的值。     

关于卡门涡街形状稳定性的一点分析

在圆柱绕流的卡门涡街中,单个涡对于来流有相对速度,以该速度观察,其周围的流线更类似无旋理论中有环量的圆柱绕流.因此在势流解的基础上,运用扰动理论分析了涡街形状的稳定性问题.结果表明,涡位置的纵横比有一变化范围,以卡门的经典值为下限,与涡相对速度,实际涡核的大小及其环量都有关系,但与不构成单调的关系.与实验数据和数值模拟的结果进行对比,表明论文的分析是合理的.     

STUDY OF VORTEX CHARACTERISTICS OF THE FLOW AROUND A HORIZONTAL CIRCULAR CYLINDER AT VARIOUS GAP-RATIOS IN THE CROSS-FLOW

1. INTRODUCTION The flow around a horizontal circular cylinder near a plane boundary (fixed wall) is of great significance in Hydrodynamics. For instance, sewagepipelines in water body of rivers in environmental engineering, conveying pipelines and optica…     

城市对称街道峡谷气流及污染物扩散特征的研究

与风洞实验的对比表明数值模拟能较好地预测街道峡谷浓度场。研究了宽、窄两种峡谷（高宽比范围为0．17～3．25）的内部流场和浓度场。表明：当高宽比大于1时,随着高宽比的增加,峡谷内旋涡数逐渐增多,污染物浓度也随着旋涡的变化而变化;当高宽比小于1时,峡谷内由一个旋涡演变为两个方向相反的旋涡,随着高度的进一步减小,两个旋涡开始左右分离,其浓度也随着旋涡的变化而变化。当旋涡为顺时针时,使得背风面污染物浓度出现显著上升的趋势,而当旋涡为逆时针时,会使得迎风面的污染物浓度出现显著上升的趋势。总体看来,随着建筑物高度的增加,污染物难以扩散,从而使峡谷近地面处的污染物浓度增大。     

低雷诺数下的钉螺绕流特征数值模拟

研究钉螺在水流中的运动规律对于控制钉螺扩散具有十分重要的意义。通过开源流体力学计算软件OpenFOAM,使用非结构化的三角形网格拟合钉螺边界,采用有限体积法和PISO算法计算平面无限区域中黏性不可压缩流体下的钉螺绕流运动,模拟了低雷诺数下横向和纵向2种水流条件螺体后方尾流形态变化,详细描述了漩涡脱落过程等现象;对比分析不同条件下钉螺的阻力系数C_D、回流区长度L_w/D、斯特罗哈数St等的区别。研究结果表明:随着雷诺数的增加,钉螺的阻力系数逐渐减小,尾流形态呈现3种不同的形态,初步确定各流态转变的临界雷诺数的范围。该研究可为进一步掌握钉螺扩散规律、改进水利阻螺措施提供理论依据。     

静止浅水环境中二维铅垂掺气射流的试验研究

对静止均匀浅水域中的铅垂掺气射流进行了试验研究。探讨了掺气浓度对水面最大隆起高度的影响；多种工况的研究成果表明水面隆起高度分布具有自相似性。并给出了统一的表达式；当掺气浓度小于30%时，最大隆起高度随着掺气量增加而增大，当大于30%时。其值基本趋于常数，借助于三维测速仪。得到了射流中心剖面的流场，与纯射流的流场对比表明：水气两相流具有减小射流涡量的作用。有趣地发现，在掺气射流中线性存在着正负相间的涡街。     

优选数值计算方法用于不对称街道峡谷的研究

分别将迎风、混合及调和QUICK格式用于对称街道峡谷的汽车排放污染物浓度预测,并与风洞实验结果相比较,研究表明数值模拟与风洞实验吻合较好,调和QUICK格式的预测效果最佳。将调和QUICK格式用于不对称街道峡谷的研究,发现当迎风面建筑物高于背风面建筑物时,峡谷内的流场和浓度场与对称街道峡谷相似,即峡谷内有一个顺时针方向的强漩涡,使得背风面污染物浓度高于迎风面污染物浓度。同时,随着迎风面建筑物高度的增加,漩涡中心的位置成垂直向上分布,且与迎风面建筑物的高度基本成线性关系;当迎风面建筑物低于背风面建筑物且差别较大时,街道峡谷内出现了两个反时针方向旋转的强漩涡,使得峡谷内的流场与浓度场都发生较大的变化,迎风面污染物浓度会高于背风面污染物浓度。同时表明,峡谷上方的顺时针方向漩涡的中心呈抛物线向右上方向发展,而峡谷下方的逆时针方向旋涡的中心呈抛物线向左E方向发展。     

绕圆柱非定常周期性涡旋脱落的数值模拟

利用非定常流函数涡量方程数值模拟圆柱突然起动尾流涡旋的形成及周期性脱落过程。对求解的流函数的一阶导数即速度项采用四阶精度的Hermitian公式，而方程的对流项则采用四阶精度的差分格式，并利用ADI方法迭代求解差分方程组。当雷诺数Re不大于40时，圆柱尾流为附体的两个对称涡，为定常解。当Re大于40后流动为非定常及非对称的，圆柱尾流呈现周期性涡旋交替脱落而形成著名的Karman涡街。选择Re=100为例，在初始条件未加任何扰动情况下，成功地模拟了圆柱非定常涡旋形成与脱落的完整过程（无量纲时间算到t=250及以上）。所计算的阻力系数与实验结果及其它数值方法的计算结果一致。约在t=200形成严格的Karman涡街。对涡量方程ADI求解方法的稳定性进行了分析。对流项采用四阶精度差分格式，若应用于定常问题，将极大提高数值求解的精度，若应用于非定常问题的求解，将对求解精度有所改善，其中时间空间两阶混合偏导数的处理是关键，有待进一步的数值实验。     

LIQUID-GAS TWO PHASE FLOW RATES METERING BY DUAL PRESSURE DIFFERENTIAL MEASUREMENTS

The measurement of the overall mass flow rates in a two phase, gas/liquid pipeline is considered on the basis of dual pressure differential measurements for a combined contraction/frictional pipe type of flow meter and a numerical model to predict overall mass flow rates from pressure differentials measured from this type of flow meter is presented. The experiments generally conform with the predictions of the flow rates prediction model. Whilst the practicability of such metering of two phase flows is clearly demonstrated, application of the method would require careful calibration to allow for the influence of nozzle coefficients, pipe Reynolds number and void fraction upon the one dimensional compressible flow equations through wall friction factor and interphase slip effects.