气泡雾化喷嘴泡状流出口喷雾脉动特征

采用实验和仿真方法,对一特定气泡雾化喷嘴泡状流时混合室内的气液两相混合形态以及喷孔出口喷雾脉动特征进行了研究。研究结果表明,泡状流时气泡尺寸呈近似正态分布,气泡尺寸随液相质量流量和气液质量比增大而减小;喷雾形态和喷孔出口气液流动参数存在较大脉动,喷雾锥角脉动超过20°;气泡数量密度小且气泡直径较大时,喷雾平均锥角相对较小,且喷雾脉动现象比较严重;随着气泡数量密度增加,喷雾平均锥角呈现先快速增大后缓慢增大趋势,而喷雾锥角变异系数先快速增大随后逐渐减小并趋于稳定;复杂的流场结构是喷孔内气泡表观形态发生较大变化以及喷孔出口气液流动参数产生较大脉动的主要原因。     

气泡雾化喷嘴泡状流出口喷雾脉动特征

采用实验和仿真方法,对一特定气泡雾化喷嘴泡状流时混合室内的气液两相混合形态以及喷孔出口喷雾脉动特征进行了研究。研究结果表明,泡状流时气泡尺寸呈近似正态分布,气泡尺寸随液相质量流量和气液质量比增大而减小;喷雾形态和喷孔出口气液流动参数存在较大脉动,喷雾锥角脉动超过20°;气泡数量密度小且气泡直径较大时,喷雾平均锥角相对较小,且喷雾脉动现象比较严重;随着气泡数量密度增加,喷雾平均锥角呈现先快速增大后缓慢增大趋势,而喷雾锥角变异系数先快速增大随后逐渐减小并趋于稳定;复杂的流场结构是喷孔内气泡表观形态发生较大变化以及喷孔出口气液流动参数产生较大脉动的主要原因。     

两相流动中气泡尺寸影响板式换热器性能的研究

通过实验和数值模拟的方法研究了水与空气组成的两相流动在板式换热器中的传热和阻力特性,以及不同气泡尺寸两相流的传热效果对比。实验结果表明:传热系数k随着液体与气相雷诺数的增加而增大,同时压降也随之增大;随着气泡尺寸的减小,传热系数k逐渐变大,而压降随着变小,并通过了数值模拟方法进行论证。     

低温输运管道预冷过程的气液两相数值分析

低温流体在输运管道中预冷时会出现复杂的气液两相流现象。本研究的数值仿真主要针对液氮在管道内沸腾过程中的传热特性、气泡的生成规律、临界热通量等进行分析。通过改变管道直径、入口液氮流量,讨论了不同时刻计算域内部的温度、热通量以及两相分布规律,最终得到研究范围内的临界热通量（CHF）特性。研究发现,流体温度突变时间随着管径的减小而提前,随着流量的增大而后延;壁面温度变化幅度随着管径的增大而增大;CHF值随着管径的减小而增加,随着入口流量的增加而减小。     

基于AMESim的斜盘式轴向柱塞泵的建模与特性分析

为了研究斜盘式轴向柱塞泵在工作时的流量和压力脉动,在分析了其工作原理的基础上,利用仿真软件AMESim对柱塞泵进行了建模和仿真,并得到了泵的出口压力和流量特性曲线,并将得到的曲线与理论计算结果进行对比,验证了建模方法的准确性。同时分析了柱塞数、负载等因素对柱塞泵脉动特性的影响。仿真结果表明,增大柱塞数能有效降低流量脉动;增大外载,泵的出口流量基本保持稳定。     

基于CFD的离心泵流场数值模拟

为了研究离心泵内部流场的流动规律,验证CFD数值模拟的可靠性,基于CFD技术,应用雷诺时均N-S方程与标准k-ε湍流模型对不同工况下高速离心泵内部的三维湍流流动进行了数值模拟,并对其内部的流动状态进行了分析得到了离心泵内部流场的压力分布规律,外特性试验和CFD模拟下的泵性能曲线。结果表明:出口的压力值是最大的,泵的整体压力随着出口流量不断增大而减小。在相同工况下下,离心泵进口到出口的压力逐渐增大。通过CFD模拟所得结果与实验结果基本吻合,本文中建立的CFD数值模拟的求解模型能可靠的预测出Q5H26型离心泵的水力性能。     

湍流泡状流混合层流动的PIV测量

在单相实验的基础上,使用PIV对不同位置注入气泡的泡状流湍流混合层流动进行实验研究。混合层高低侧流速比为4∶1,基于两股流体速度差和管道水力直径的Reynolds数范围为4400～158400。与单相相比,气液两相混合层流动脉动速度的测量结果表明,在低Reynolds数时气泡的加入会增强混合层的速度脉动,但随着Reynolds数的增大气泡的加入反而会减弱速度脉动。雷诺应力集中在隔板下游一个较窄的区域内,并随Reynolds数的增大而增大。从流动横截面上雷诺应力的分布可以看出,气泡的加入减小了混合层内的平均雷诺应力,并且与单相相比泡状混合层流动在同一横截面上的雷诺应力分布曲线会产生波动。     

油水两相分散流液滴粒径预测模型

油水两相分散流的液滴粒径及其分布在很大程度上影响管路压降等流动参数,研究液滴粒径预测模型对揭示油水两相流的流动特性具有重要意义。通过研究湍流脉动动能与乳状液的界面能之间的平衡、管流径向速度脉动与摩擦速度之间的关系以及泵的剪切作用,建立了油水两相管流中分散相液滴粒径预测模型;在水平管道上对油水两相分散流的液滴特性进行了实验研究,采用高速摄像和显微镜拍摄获得液滴数据,探索含油率、流量和温度等因素对粒径的影响。预测模型计算结果与不同流量、温度和含油率条件下的实验数据吻合较好。根据预测模型计算了有泵和无泵情况下分散流液滴粒径,发现泵的剪切和扰动作用使得分散液滴具有更小的粒径,泵对液滴粒径及其分布起到了显著作用。     

并联双通道内超临界水的脉动传热特性

在压力26～30 MPa,时均质量流速420 kg·m~(-2)·s~(-1)、热通量0～130 kW·m~(-2)工况范围内,对垂直上升并联双通道内超临界水的脉动传热特性进行了实验研究。根据实验数据分析了流量脉动对壁温的影响,脉动振幅率(A_f)和脉动频率数(Wo)对时均Nusselt数的影响,并将脉动时均Nu与超临界传热关联式进行了比较。结果表明:壁温随流量脉动而波动,脉动周期相同,相位相反,流量脉动振幅越大,壁温波动也越大;低频脉动时均Nu随脉动振幅率的增大逐渐减小,随脉动频率数的增大先减小后基本不变;高频脉动时均Nu随脉动振幅率的增大而缓慢增大,随脉动频率数的增大而减小;关联式预测的Nu较实验值普遍偏高。     

并联双通道内超临界水的脉动传热特性

在压力26~30 MPa,时均质量流速420 kg·m^-2·s^-1、热通量0~130 kW·m^-2工况范围内,对垂直上升并联双通道内超临界水的脉动传热特性进行了实验研究。根据实验数据分析了流量脉动对壁温的影响,脉动振幅率(A_f)和脉动频率数（Wo）对时均Nusselt数的影响,并将脉动时均Nu与超临界传热关联式进行了比较。结果表明：壁温随流量脉动而波动,脉动周期相同,相位相反,流量脉动振幅越大,壁温波动也越大;低频脉动时均Nu随脉动振幅率的增大逐渐减小,随脉动频率数的增大先减小后基本不变;高频脉动时均Nu随脉动振幅率的增大而缓慢增大,随脉动频率数的增大而减小;关联式预测的Nu较实验值普遍偏高。     

Comparative study of gas–oil and gas–water two-phase flow in a vertical pipe

A wire-mesh sensor has been employed to study air/water and air/silicone oil two-phase flow in a vertical pipe of 67 mm diameter and 6 m length. The sensor was operated with a conductivity-measuring electronics for air/water flow and a permittivity-measuring one for air/silicone oil flow. The experimental setup enabled a direct comparison of both two-phase flow types for the given pipe geometry and volumetric flow rates of the flow constituents. The data have been interrogated at a number of levels. The time series of cross-sectionally averaged void fraction was used to determine characteristics in amplitude and frequency space. In a more three-dimensional examination, radial gas volume fraction profiles and bubble size distributions were processed from the wire-mesh sensor data and compared for both flow types. Information from time series and bubble size distribution data was used to identify flow patterns for each of the flow rates studied.     

水平管泡状流压力信号的功率谱特性比较

为比较Welch功率谱、AR功率谱和EV功率谱对气液二相水平管泡状流压力信号的功率谱分析效果,对泡状流压力波动信号进行了分析.将提取的泡状流压力波动信号经小波去噪后,分别进行Welch功率谱、AR功率谱和EV功率谱估计,并分析比较所得3种功率谱密度图.分析表明:Welch、AR和EV功率谱均能正确反映泡状流压力波动信号...     

起伏振动倾斜上升管气液两相流摩擦阻力分析与计算

起伏振动下气液两相流摩擦压降的准确计算对海洋核动力的发展有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下30°倾斜上升管气液两相流摩擦压降的变化规律。结果表明,起伏振动下摩擦压降波动幅度和平均值显著增大。与静止状态相比,起伏振动下摩擦压降的多尺度熵值除泡状流外明显增大,且呈现大幅振荡现象,流动不稳定性更加显著。静止状态摩擦压降模型计算结果与实验值误差较大,现有模型对于起伏振动状态不适用。分析流动和振动参数对摩擦阻力系数的影响,发现其与均相雷诺数成反比,与振动幅值以及频率成正比。以大量实验数据为基础,建立了适用于起伏振动状态的摩擦阻力系数计算关系式,计算与实验结果吻合较好。     

Dual differential pressure used in multiphase flow double-parameter metering based on phase-isolation

The axial differential pressure and radial differential pressure can be generated by phase-isolation method. Once measuring the radial differential pressure between the pipe wall and pipe center of a cross section downstream of the swirler, the mass flowrate and phase holdup can be determined if either of the two parameters was known. If axial differential pressure also has a certain relationship with the mass flowrate and phase holdup, then multiphase flow double-parameter metering can be realized by dual differential pressure (the axial differential pressure and the radial differential pressure). Taking oil-water two-phase flow as an example, the mechanism of axial differential pressure used in multiphase flow measurement was studied and the experimental verification was carried out. The results show that the axial pressure difference between certain two sections downstream of the cyclone is a certain function of the total flow rate and volume oil content of the oil-water two-phase flow under the state of phase separation in the pipe. The relative error between the experimental value and the theoretical value of the two is within ±1.05% and ±9.84% respectively. Besides, the mass flowrate and oil cut can be determined by dual differential pressure with the relative errors are within ±1.13% and ±6.89% respectively, which verified the application feasibility of dual differential pressure used in multiphase flow double-parameter metering based on phase-isolation.     

管内相分隔双压差在多相流双参数测量中的应用

应用管内相分隔技术可以产生沿管道横截面的径向压差和沿管壁变化的轴向压差，研究表明，径向压差与两相流的总流量和相含率呈一定函数关系，若轴向压差与两相流的总流量和相含率也呈一定的函数关系，那么就可以通过双压差（轴向压差和径向压差）的联立实现多相流双参数的测量。以油水两相流为例，系统研究了基于管内相分隔产生的轴向压差在多相流测量的理论机理，并结合径向压差进行了实验验证。结果表明，在管内相分隔状态下，旋流器下游某两截面之间的轴向压差与油水两相流的总流量和体积含油率呈一定的函数关系，两者的实验值和理论值之间的相对误差分别在±1.05%和±9.84%以内；通过双压差的联立，可以求出某一状态下两相流的总流量和相含率，两者的实验值和理论值之间的相对误差分别在±1.13%和±6.89%以内，验证了基于管内相分隔双压差在多相流双参数测量应用的可行性。     

水平渐变管内油水两相流模拟研究

为优化油气集输管道局部管道结构,采用计算流体力学软件对水平渐变管内油水两相流进行数值模拟,对比不同含水率、不同入口流速条件下两相流流型,分析油水两相流在管道内的压力分布规律。结果表明,渐变管内油水两相流流型为水包油流型,管壁主要为油相润湿;渐缩管压力随流向位移持续下降,渐扩管先下降后上升再下降;整体压降速率与含水率成反比,与入口流速成正比。研究结果可以为优化稠油集输管网管道结构、降低管道流动能耗等油水混输问题提供参考。     

10-K-302C往复压缩机润滑油管路振动数值模拟分析和优化设计

新疆某石化公司的10-K-302C离心式甲烷制冷压缩机自开机以来,其润滑油管线振动位移一直较大,运用Workbench有限元软件对空管系统进行模态分析,获得管道的固有频率和振型;采用双向流-固耦合的数值模拟方法,分析对比了润滑油在耦合时的压力、速度变化及管道耦合前后的振动频率、位移变化规律;通过将数值模拟振动分析结果与实际管路实测振动结果对比,肯定了数值模拟分析的准确性,得出了共振和管内流体速度在管道弯头处突变而造成瞬间激振力过大是管道振动主要原因的基本结论;依据上述结论,对管路系统进行了减振控制,设计后的数值模拟分析表明,管系振动大幅减少,满足工业化生产要求。     

起伏振动状态下倾斜管内两相流多尺度熵分析

将振动装置和气液两相流实验回路相结合,在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并使用多尺度熵方法对压差波动信号进行分析。研究结果表明振动条件下倾斜管内出现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。同时对95种流动条件下的5种典型流型的差压波动信号进行多尺度熵分析。结果表明,不同流型在低尺度（前9个）下的熵值变化率有明显不同,高尺度下的熵值可以反映不同流型的动力学特性。     

水平管稠油掺气减阻模拟实验

依托流体可视化环道装置,设计并加工稠油掺气减阻模拟装置,实验研究水平管内两种稠油模拟油掺气流动阻力特性,拍摄不同气液流量比下的管流流型,分析不同实验条件下气相对稠油的减阻效果并建立相应的压降预测模型。结果表明：在气液比0~15范围内,共观察到六种流型,分别是泡状流、弹状流、分层流、段塞流、环状流、雾状流。220^#与440^#模拟油所对应的管路减阻率分别在气液比1.17和0.96时达到最大值48.19%和33.76%,当掺气比为0.9~1.2时,减阻率均可维持在20%以上。其机理可归结为空气使油-油接触转变为油-气-油接触,降低了混合相的层间剪切应力。Dukler法不适用于高黏气液两相流,所建立的稠油-气两相压降模型预测值与实测值吻合良好,平均相对误差在20%以内。     

Investigating the flow characteristics of air-lift pumps operating in gas-liquid two-phase flow

Experiments were conducted to investigate the flow characteristics in the riser pipe and the suction pipe of airlift pump at a series of air flow rates and submergence ratios by using a high speed camcorder and a Laser Doppler Velocimetry system(LDV). A modified model was developed to predict the performance of airlift pump operating in gas-liquid two-phase flow. The results show that an unstable flow structure composed by a water falling film,a bubbly mixture, a water ascending film appearing alternately in riser pipe dominates the performance of airlift pump at large air flow rates. The bubbly mixture with a strongest capacity for pumping water first increases to its maximum and then slightly decreases. In suction pipe, the average velocity shows a flat profile and increases with increasing submergence ratio. Moreover, the predicted results of modified model are in good agreement with the experimental data in a margin of ± 12%.