四电极电导传感器敏感场的理论分析

针对水为连续相条件下的油水两相流含水率测量问题,首先分析了环形四电极电导传感器敏感场正问题的数学模型。之后在此模型基础上,利用分离变量法推导了均匀媒质时传感器内部电势、轴向电流和径向电流的分布,并得到了简单非均匀媒质时场域内各点电压的数学理论解。最后,建立了油水两相环状流型下电导传感器含水率测量模型。结果表明,该模型与Begovich＆Watson经典公式吻合,为进一步深入研究电导传感器的响应特性奠定了基础。     

水平管泡状流相分布特性

<正>气液两相泡状流的主要特征是连续液相中携带散布其中的细小气泡,气泡的存在不仅对气液两相流的传热、传质及阻力特性有很大的影响,而且对两相流动的稳定性也有很大的影响.前人有关泡状流的研究大多偏重于两相流的平均参数,对于两相流局部统计参数如局部空隙率等参数的变化规律是近年来两相流研究的新趋势.对于垂直管内的流动已经积累了相当数量的数据,而同样有广泛应用的水平管内相分布规律还知之甚少.气泡对气液两相流的传热、传质及流动结构影响机理的研究必须以了解相分布及气泡的局部统计参数为前提,同时对相分布特性的深人研究也为气液两相流的数学模型化提供实验依据.本文以空气、水为工质,研究水平管内气液两相流的相分布特性,给出了典型泡状流的时域信号图,研究了相分布随气液两相流量的规律变化,并与前人的有关结果进行了比较.     

管柱式气液旋流分离器液膜厚度的空间分布特性

管柱式气液旋流分离器(GLCC)是一种耦合离心力与重力的分离设备,其上部筒体内旋流液膜的分布特征显著影响其分离性能。液膜厚度作为该旋流液膜的关键参数,掌握其分布规律可为理解液膜的流动机制奠定基础。利用纽扣式电导传感器测量了GLCC上部筒体内的液膜厚度,通过改变入口气液相流量、入口喷嘴尺寸,系统地研究了其空间分布特性。结果表明,操作参数一定时,液膜厚度沿轴向向上趋于减小;在某一轴向位置,液膜厚度随入口气量的增大呈现"S"形分布,随入口液量的增大而近线性增大;此外,入口喷嘴尺寸对液膜厚度的分布影响显著:在不同的轴向位置,不同尺寸喷嘴对应的液膜厚度间的大小存在差异。液膜厚度随气液量的变化规律证明液膜逃逸是GLCC液相分离效率降低的直接原因,而喷嘴尺寸对液膜厚度沿轴向分布的影响则反映了GLCC旋流效应与重力效应间的相互作用。     

梳状并行微通道内液液分布规律研究

为了实现工业化应用,微反应器的并行放大已成为最有效的放大策略之一。在微反应器的放大过程中,相分布规律的研究是非常重要的。采用高速摄像仪研究了梳状并行微反应器的支通道间距和流量对液液两相分布的影响。当连续相和分散相流量Q_c及Q_d都较小时,不同支通道间距的微反应器内前方支通道的分散相含率较低,后方支通道的分散相含率较高,同时液滴长度的均匀性较差。随着Q_c与Q_d的增大,三种不同构型微反应器内分散相的体积相含率的数值分布逐渐趋于集中。在较高的两相流量下,支通道内液滴长度的均匀性显著提高,其变异系数小于0.15。在实验范围内,支通道间距S = 0.6 mm的微反应器中液滴尺寸均匀分布的操作范围最大。     

弹状流液弹区含气率分布的试验研究

采用光纤探针法和高速摄影法对垂直上升气液两相弹状流的液弹区含气率分布进行了试验研究,测试管径为15 mm。一种基于机器学习的图像处理技术用来识别气液两相界面,通过搭建气泡边界提取的神经网路系统,使用构建的气泡边界数据库对模型进行多次迭代训练,该方法可以有效地识别多种复杂类型的气泡边界。试验得到了弹状流液弹区的径向含气率分布曲线,结果表明,壁峰分布是液弹区含气率分布的主要形式,其中泰勒气泡的尾迹效应对分布形式有重要影响,尾迹的旋涡中心和含气率分布的峰值相对应。针对弹状流液弹区径向含气率分布的两个主要特征——中心局部含气率和壁峰位置,分别提出了相应的预测公式,且与本文的试验数据吻合良好。     

气液两相流电容传感器相浓度测量特性

为了考察两种电容传感器(对壁式及双螺旋式)测量气液两相流相浓度的适应性,搭建了垂直上升气液两相流电容传感器测量系统。实验表明对壁式电容传感器测量分辨率较差,而双螺旋式电容传感器对相浓度具有较高的分辨能力。采用时频分析方法对电容传感器波动信号进行了分析,发现两种电容传感器的时频联合表达均能清晰地表征流型运动特征,并可对流型进行有效辨识。最后,基于双螺旋式电容传感器测量信号,建立了气液两相流漂移模型,取得了对段塞流和混状流分相表观流速较好的预测结果。研究表明,双螺旋式电容传感器在气液两相流流动参数测量上具有较好的应用前景。     

非规则结构电容层析成像填补法测量的敏感场特性及重构算法改进

利用填补的方式将不规则区域转为规则成像区,可拓展电容层析成像的测量范围。首先分析了填补法对应的敏感场特性,然后分别研究了敏感场、归一化电容、填充区介电常数和图像重构算法对填补法成像的影响。并利用特定的填充区边界条件对Landweber算法进行改进,提出两种改进方法:变换矩阵和拆分矩阵的Landweber图像重构方法。结果表明,填充区使电容信号绝对值增强,非线性程度增加。不同背景的敏感场对成像影响较小,但填充区充满时的敏感场可强化环状流成像。去除填充区噪声的归一化电容矩阵有利于图像重构。填充物质的介电常数与测量区高介电常数相近时成像最佳。拆分矩阵法降低了求解维度,缩短了计算时间,对各种流型成像整体效果较好,基于松弛因子改进还可进一步优化重构图像。最后,在一般非规则结构中对改进方法的可靠性进行了测试验证。研究表明,改进方法可以用于一般性不规则结构的相分布测量,未来还可以用于因高温、腐蚀等无法直接进行电极安装的工业场合中,具有改进多相流测量方法的普遍意义。     

注气孔位置对文丘里管式微气泡发生器成泡特性的影响分析

尽管文丘里管式微气泡发生器的注气口位置会对气泡在文丘里流道内的碎化特征产生直接影响,但迄今缺乏针对性的深入研究。通过可视化实验方法,对比分析了注气口分别位于喉管处（结构1型）和进水管处（结构2型）时的气液流型、气泡破碎特征以及成泡特性。实验表明,气、液相流量对结构1型微气泡发生器内的气液流型影响显著,初始成泡区域随液相流量增加,环状流或泡状流向弹状流转变,而随气相流量增加则由泡状流或弹状流向环状流转变;结构2型微气泡发生器则在此过程中始终为泡状流,其对操作工况的适应范围大于结构1型。在相同工况下,结构1型微气泡发生器的成泡Sauter平均粒径小于结构2型,但随着液相Reynolds数的增大,二者间的成泡平均粒径差值随之减小。分析原因是由于弹状流流型下,延伸至扩张段区域的弹型泡的表面积更大,能量转化率更高,气泡界面失稳碎化的程度更显著。随着液相Reynolds数的增大,初始成泡体积减小,湍流破碎机理作用占据主导,掩盖了由于界面失稳引起的气泡破碎。结构1型微气泡发生器的成泡能耗高于结构2型,并且随液相Reynolds数的增大,两者之间的差值随之增大。综合来看,结构2型微气泡发生器能够在低能耗下实现高效成泡,面向工程应用将更具优势。     

含细长颗粒的洗涤冷却室内的多相分布特性

采用改进的直接取样法,在按几何尺寸缩小的工业气化炉洗涤冷却室冷模装置内,同时测量不同操作条件下的轴径向局部固含率和气含率,对细长颗粒在洗涤冷却室内的多相分布特性进行研究。结果表明：以下降管出口截面为界,洗涤冷却室可分为上部气液固混合区和下部固液流动区,其中上部区域由下降管出口区、破泡板作用区和气垫层区组成,下部区域由气相湍动作用区、回流区和二次流动区组成;在颗粒阻碍效应减速沉降和团聚效应加速沉降的共同作用下,轴向固含率呈现波动分布;环隙气速、固相体积分数和长径比的增加均会增强床层的湍动,促进气体的径向扩散;操作条件的改变使颗粒的漂移速度发生改变,径向固含率分布出现波动;在气相扰动和回流作用下,二次流动区呈现环状流动,流体和颗粒的"壁面效应"使该区域的固含率呈现中心高边壁低的特点。     

催化剂分布对可渗透阳极微流体燃料电池性能特性影响的研究

微流体燃料电池是一种新型微型电源装置。酸性体系下电池运行时产生的CO₂气泡会严重影响电池性能以及稳定性。研究电池运行过程中气泡动态行为对削弱气泡影响具有重要意义。本文构建具有可渗透阳极的自呼吸微流体燃料电池,实验研究了阳极催化剂分布对电池性能以及CO₂动态行为的影响。结果表明：催化剂分布在阳极两侧时电池性能最好,但电池波动性大。仅在一侧分布催化剂时,电池运行稳定,气泡主要在电解液流道形成。     

应用电导探针测定鼓泡塔内气泡参数

介绍了一种性能稳定的双头电导探针的制作工艺、测量原理。并用此电导探针测量了一定静液层高的带单个泡罩的鼓泡塔内气液两相流参数,包括局部气含率、界面浓度、当量直径等,并首次回归了局部气含率随空间位置、气体流量变化的关联式。     

The Finite Element Analysis for Parallel-wire Capacitance Probe in Small Diameter Two-phase Flow Pipe

This paper presents a novel capacitance probe, i.e., parallel-wire capacitance probe (PWCP), for two-phase flow measurement. Using finite element method (FEM), the sensitivity field of the PWCP is investigated and the optimum sensor geometry is determiend in term of the characterisitc parameters. Then, the response of PWCP for the oil-water stratified flow is calculated, and it is found the PWCP has better linearity and sensitivity to the variation of water-layer thickness, and is almost independant of the angle between the oil-water interface and the sensor electrode. Finally, the static experiment for oil-water stratified flow is carried out and the calibration method of liquid holdup is presented.     

鼓泡塔气液两相流不同曳力模型的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型对圆柱形鼓泡塔内气液两相流动进行了三维数值模拟. 通过UDF自定义程序对气相出口边界进行了速度修正,解决了模拟中自由区域内有漩涡的问题;分别使用单一气泡尺寸模型和群体平衡模型(PBM)计算气泡尺寸,并比较其对气含率分布的预测结果,分别采用Schiller-Naumann, Grace和Tomiyama曳力系数模型进行模拟. 结果表明,在全塔径均匀进气的简化条件下,单一气泡尺寸模型不适用,在合适的Hamaker数下,PBM模型中原用于颗粒计算的Abrahamson模型可计算气泡聚并速率;Tomiyama曳力模型耦合PBM模型可更好地描述塔内流动情况,并与文献值吻合良好. Schiller-Naumann模型所得平均气含率与实验值相差约40%,而Grace模型所得湍动耗散比Tomiyama的结果高14.5%,气含率分布与文献值相差16.3%.     

测定两相流动体系中局部相体积分率用阻抗探针仪的研制和应用

研制了应用于气/液和液/液两相流动体系中测定局部相体积分率的阻抗探针仪。该仪由方形波发生器、同轴电缆探头、数据采集卡和电脑信号处理系统组成。利用煤油/水两相流动体系进行实际测定,结果表明此项技术对分辨两相敏感,测试结果在非乳液体系中可靠,可用于气液、液液两相流的局部相体积分率的在线测量。     

Local measurement of gas-liquidbubbly flow with a double-sensor probe

A double-sensor probe was used to measure local interfacial parameters of a gas-liquid bubbly flow in a horizontal tube. The parameters included void fraction, interfacial concentration, bubble size distribution, bubble frequency and bubble interface velocity. The authors paid special attention to the probe design and construction for minimizing measurement errors. Measures were also taken in the design of sensor ends for preventing corrosions in the flow. This is an effort to improve the current double-sensor probe technique to meet the ever-increasing needs to local varameter measurements in gas-liquid two-phase flows.     

鼓泡床内气液两相流动的二阶矩模型与代数应力模型的模拟比较

A full second-order moment(FSM) model and an algebraic stress (ASM) two-phase turbulence model are proposed and applied to predict turbulent bubble-liquid flows in a 2D rectangular bubble column.Predication gives the bubble and liquid velocities,bubble volume fraction,bubble and liquid Reynolds stresses and bubble-liquid velocity correlation.For predicted two-phase velocities and bubble volume fraction the is only silight difference between these two models,and the simulation results using both two models are in good agreement with the particle image velocimetry(PIV) measurements.Although the predicted two-phase Reynolds stresses using the FSM are in somewhat better agreement with the PIV measurements than those predicted using the ASM,the Reynolds stresses predicted using both two models are in general agreement with the experiments.Therefore,it is suggested to use the ASM two-phase turbulence model in engineering application for saving the computation time.     

Studies of Air Slug Distributions and Preliminary Membrane Fouling by Optical Monitoring in a Side-Stream Membrane Module

Abstract

This article is aimed to propose an alternative method to characterize an air/water flow and new designs of rotating air distributors for membrane fouling control in a side-stream membrane module for a membrane bioreactor. A new optical sensor technique was experimentally demonstrated for the characterization of slug flows in a tubular ultrafiltration membrane module. The experimental results showed that the optical sensor system had high sensitivities for measurements of slug velocities, lengths, and frequencies in each membrane tube. The phenomena of slug coalescence/spilt were discussed. The rotating air distributor significantly improved the air slug distributions and had the potential to reduce the membrane fouling.     

Prediction of Sensitivity of Energetic Compounds with a New Computer Code

Impact, electrostatic, and shock sensitivities of energetic compounds are three important parameters for the assessment of hazardous energetic materials. A novel easy to handle and user‐friendly computer code, written in Visual Basic, is introduced to predict these parameters, by solely using the molecular structure of an energetic molecule. It is able to predict impact sensitivity for different types of energetic compounds including nitropyridines, nitroimidazoles, nitropyrazoles, nitrofurazanes, nitrotriazoles, nitropyrimidines, polynitro arenes, benzofuroxans, polynitro arenes with α‐CH, nitramines, nitroaliphatics, nitroaliphatic containing other functional groups, and nitrate energetic compounds. It can also provide reliable results for electrostatic and shock sensitivities of some classes of high explosives including nitroaromatic and nitramine compounds. The prediction of this code give good values for some newly reported energetic compounds, where experimental data are available.