考虑气体压缩性的液力透平内气液两相流场分析

为研究在气液两相条件下液力透平内部的流动规律,选择比转速为55.7的单级单吸离心泵反转作液力透平(Pumps as Turbines,PAT),在考虑气体可压缩的基础上对该模型在不同流量、不同含气率下进行数值计算。分析含气率对液力透平外特性和液力透平各过流部件内流场的影响规律,总结不同工况下液力透平内气液两相流动规律。研究发现:随着含气率的增大,液力透平的效率和功率逐渐减小、扬程逐渐增加,气体的存在对液力透平效率影响较大;液力透平叶片进口有明显的旋涡,随着流量和含气率的增大,混合介质的相对速度均增加;含气率从液力透平进口到出口逐渐增大,叶片背面的含气率要比工作面大,过流部件内的气体分布不对称,随着含气率的变大,气体分布的均匀性变差。     

叶尖及尾缘出流条件下叶片通道压力分布特性实验研究

为掌握某型高压涡轮叶片叶尖及尾缘出流流量分配比例对叶片内部气冷通道压力系数沿程分布特性的影响,通过实验测量了进口雷诺数9 000~20 000,前缘通道顶部除尘孔、尾缘通道顶部除尘孔及侧壁出流孔排共3处出流位置的4种出流流量分配比例下叶片通道压力系数沿程分布,实验结果表明:(1)各出流位置出流比例一定,进口雷诺数变化对通道压力系数沿程分布特性没有影响;(2)进口雷诺数一定,前缘通道顶部除尘孔是否出流对通道压力系数沿程分布特性有根本影响,出流导致前缘通道压力系数沿程下降较快,压力损失增加;中间通道压力系数沿程略有上升,尾缘通道压力系数沿程下降趋势平缓,两者压力损失均减小;(3)前缘通道顶部除尘孔无出流时,尾缘通道顶部除尘孔与侧壁出流孔排之间出流流量分配比例变化对前缘及中间通道压力系数沿程分布特性没有影响,仅影响尾缘通道。随着尾缘侧壁出流流量分配比例增大,尾缘通道压力系数沿程上升,压力损失减小。     

气化炉内气体穿越液池过程中气泡特性的数值模拟

采用数值模拟方法对含尘气体通过下降管穿越液池过程中的气泡特性进行了研究,展现了该过程中池内气泡生成、破碎和液滴飞溅等一系列行为过程,分析了下降管出口气流速度、静态液位和突扩比等实际操作参数对气泡分布和气液界面面积等气泡特性的影响．结果表明：轴向含气率分布随气流速度的变化存在一个转折点;液面以上空间的含气率随着突扩比的减小而降低,而在液面以下区域,含气率随着突扩比的增大而降低;随着气流速度的增大、静态液位的升高及突扩比的减小,气液界面面积增大．     

微小通道内气泡逸出行为的VOF模拟

针对微小型直接甲醇燃料电池阳极流场,采用VOF(volume of fluid)方法模拟了液体通流微小通道内壁面逸出气泡的动态行为,讨论了液体物性、气体流速、逸出气孔直径对气泡形成、生长及脱离等过程以及流动阻力的影响.结果表明:随着甲醉溶液浓度的升高,单个气泡的脱离体积、脱离时间和流动阻力系数均减小;气体流速增加,气泡...     

降雨和径流综合作用下的细沟断面形态分异特征

为探究特定细沟自身的空间形态差异及其形成机制,采用室内模拟试验,研究了沿程冲刷与溯源侵蚀共同作用条件下细沟断面形态的分异特征。结果表明,沟宽与宽深比沿坡长方向呈先减小后增大的非线性规律,沟深则呈沿程减小的线性规律;沟宽与流量、坡度指数关系中的流量指数、坡度指数沿坡长方向分别由0.95、0.79降至0.47、0.31,沟深关系中流量与坡度指数也呈类似的沿程递减规律,宽深比指数关系中的两个指数在坡面下方均接近于0;沿程冲刷对细沟断面的塑造作用体现为沟宽与沟深的同时增加,作用强度沿坡长方向降低;溯源侵蚀的塑造作用体现为沟宽增大速率大于沟深,断面向宽浅方向发展,作用强度逆坡长方向降低;沿程冲刷与溯源侵蚀在空间上的叠加效应导致了细沟断面形态的分异特征。因此,在沟蚀防治过程中,可在一定汇流范围内布置截排水设施,以避免形成较大股流导致沿程冲刷与溯源侵蚀。     

微反应器流道内单气泡逸出动力学模拟

采用VOF方法,对不同流道结构下液体通流微小通道内壁面逸出气泡的形成、生长及脱离运动进行了数值模拟,讨论了槽道高宽比对气泡动力学行为的影响。结果表明:流道截面积不变时,气泡的脱离体积、脱离时间随槽道高宽比的减小呈现先增大,后减小的趋势,当高宽比为2时,气泡的脱离体积、脱离时间、槽道容积含气率和流动阻力因子均达到最大值。     

水平PDMS微通道内气-液弹状流特性观察

对以空气、甘油为工作流体在水平聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微通道内产生的弹状流进行了可视化实验研究.实验结果表明,微通道中弹状流的气柱速度随着体积含气率增大而阶梯状减小.气柱长度在体积含气率小于0.06时几乎不发生变化;当体积含气率大于0.06时,随体积含气率的增大而呈线性增大.气柱间距随体积含气率的变化与气柱长度相反.气柱和微通道壁面之间存在稳定的薄液膜,当地薄液膜压力稳定,气柱流经当地时所造成的压力波动很小;当地静压随体积含气率的增大而减小.     

颗粒帘换热器中固体颗粒流动特性实验研究

提出了一种基于气体-固体颗粒快速热平衡的颗粒帘换热器。为揭示该换热器中气粒两相间的动力学特性,在颗粒帘换热器实验平台上开展了颗粒帘换热器中固体颗粒流动特性的冷态实验。实验结果表明:颗粒帘沿程厚度随进气速度的增加而减小,颗粒帘后沿水平偏移量随进气速度的增加而增大;颗粒帘沿程厚度及颗粒帘后沿水平偏移量随颗粒帘初始厚度的增加而增大,随颗粒粒径及颗粒质量流量的增加而减小;颗粒帘沿程厚度和颗粒帘后沿水平偏移量随着颗粒帘下落高度的增加而增大;颗粒帘落点水平偏移量随进气速度的增加而增大,随颗粒帘初始厚度及颗粒粒径及颗粒质量流量的增加而减小。这些结果为颗粒帘换热器结构的优化设计和气固两相流动、换热及积灰特性的研究奠定了良好的基础。     

近壁面液膜层中微孔注气气泡动力学研究

为了降低近壁面沸腾过程中气泡动力学分析的不确定性,利用光谱共焦传感器构建了7 mm的液膜层,对近壁面液膜层中单孔注气气泡动力学进行了系统研究。实验测试段为270 mm×6 mm×12 mm(长×宽×高)的矩形通道,注气小孔的直径为0.49 mm,气体流量为0.30～27.00 mL/min,液体流量为72.00～324.00 mL/min。研究结果表明:在流动和静止液膜中,不同气体流量下气泡的接触线直径均先增大后减小;受到液体水平曳力的影响,相同气体流量下,气泡在水平流动液膜中的脱离频率比静止液膜中大,脱离体积比静止液膜中小,并且气泡会沿流动方向倾斜,气泡前进接触角与后退接触角的差值随着液体流量的增加而增加;近壁面液膜层中注气气泡动力学的实验研究精确地测量了气泡接触线直径以及接触角等形状参数,为相似工况下沸腾气泡的受力分析研究提供重要参考。     

圆管内油-气-水三相弹状流液弹区流动特性的研究

利用液弹内气体平衡关系，建立油－气－水三相流液弹平均含气率的物理模型。同时利用光导纤维探针法，详细测定各种工况下稳态弹状流液弹的含气率局部分布规律；并通过变换探针的径向位置，研究液弹含气率沿液弹长度的空间变化规律，从细观上揭示油、气、水三相弹状流流弹区流动特性。     

三个泉倒虹吸预应力钢筒混凝土管沿程水头损失计算分析

针对三个泉倒虹吸过流量富余的问题,基于工程特点及其水力设计方法,借鉴大口径钢管和预应力钢筒混凝土管(PCCP管)当量粗糙度的取值,根据雷诺数与相对粗糙度,结合莫迪图判别分析了大流量工况下倒虹吸管道水流流态,在此基础上,利用齐恩公式、海曾—威廉公式、谢才公式分别计算了三个泉倒虹吸水头损失值,并与实测资料进行对比分析。结果表明,随着管径增大,管壁光滑程度增加,使得PCCP管内水流处于紊流过渡区而非阻力平方区,因此不应选用谢才公式,而这正是导致三个泉倒虹吸过流能力与设计标准不符的主要原因。此外,发现齐恩公式、海曾—威廉公式适用于大口径有压PCCP管沿程水头损失计算。     

微细圆管内CO2两相沸腾换热实验研究

本文对CO_2在水平微细管内流动沸腾特性进行实验研究。实验结果表明:热流密度增加对强化核态沸腾换热和高干度区域流型转变具有显著影响,随着热流密度的增加换热系数增加,对摩擦压降影响很小;质量流率对于换热系数的影响较小,但随着质量流率的增加摩擦压降大幅增加,质量流率的大小直接决定了换热过程所经历流态;饱和温度升高换热系数相应升高,摩擦压降减小,且对流态转变特性有重要影响。在同样工况下摩擦压降最大值先于换热系数最大值出现,理论分析采用的流态形式与实际CO_2管内流动流动沸腾换热流态基本一致。     

Diffusion effects in the oscillation of vapor–gas bubbles in a sound field

The gas–vapor bubbles oscillating in the acoustic field are considered. The diffusion of gas and vapor components inside the bubble is taken into account. The analytical formula is obtained for the amplitude of the phase-transition rate. On the base of this formula the influence of the initial concentration of the gas was investigated. It is shown that the presence of relatively small amount of inert gas in the bubble can considerably decrease the phase-transition rate. This is related with the mutual diffusion of the components and so called “screen” effect of the inert gas at the bubble surface.This is because the vapor component loses its ability to penetrate rapidly through the shielding gas layer on the surface of the bubble.The effect of the kinetics of phase-transition rate (accommodation coefficient) on the intensity of phase-transition rate was also studied.     

CFD simulation of CO2 removal from hydrogen rich stream in a microchannel

The main object of this research is to perform computational fluid dynamics simulation of CO₂ capturing from hydrogen-rich streams by aqueous DEA solution in a T-Junction microchannel contactor with 250 μm diameter and 5 mm length at dynamic conditions. To develop a comprehensive mathematical framework to simulate the flow hydrodynamics and mass transfer characteristics of system, the continuity and Navier-Stokes equations, two phase transport, and reaction rate model are coupled in COMSOL Multiphysics software. The developed model is solved and the effects of gas and liquid velocities as well as amine concentration on the CO₂ absorption rate, hydrogen purification fraction, and flow hydrodynamic are investigated. The absorption process consists of CO₂ diffusion from bubble bulk toward the bubble boundary, CO₂ solubility in the liquid boundary, diffusion from the boundary into the liquid bulk, and reaction with the amine molecules. The results show that when the gas and liquid streams are mixed in the junction point to form a bubble, the gas cross-section area becomes narrow, and the fluid velocity increases due to the applied force on the bubble by the liquid layers. It appears that increasing the DEA concentration in the inlet from 5% to 20% increases hydrogen purification fraction from 42.3 to 66.4%, and up to 96.7% hydrogen purity is achieved by 20% aqueous solution of DEA.     

水平管内油气水三相泡状流-弹状流转换的研究

结合压差波动法识别流型，对水平管内油-气-水三相泡状流-弹状流转换特性进行了理论和实验研究，建立了泡状流向弹状流转变的界线方程，结果表明，泡状流向弹状流转变的主要因素不仅包括气相折算速度和液相折算速度，而且含油率与管径也起重要作用，计算结果与实验结果基本相吻合。     

正虹吸管道水力特性试验研究

通过室内正虹吸输水管道输水能力试验,观测分析了不同安装高度下管道内气液两相流流态。结果表明,安装高度越高,管道内水流汽化现象越严重,常规有压输水管流量公式已不适用于水流发生汽化后的正虹吸管道。综合考虑各因素对过流量的影响,结合量纲分析法与数值拟合法,对常规有压管流量系数进行了修正,获得适用于汽化现象较明显、长度在23.875m以内、安装高度不大于7.5m的非驼峰式虹吸管的输水流量公式,并通过试验检验了公式的有效性。     

压力对泡沫驱封堵能力及气泡大小的影响

空气泡沫驱油工艺中,泡沫对孔喉的封堵能力主要受气泡尺寸大小的影响。通过室内驱替实验研究了压力对空气泡沫渗流过程中的封堵能力和气泡大小的影响。实验装置为自制可视化填砂管模型．实验用起泡剂为有效浓度为0．5％的zY起泡体系。在不同压力下,用精密压力表测定填砂管首尾测压点（p。和P。）和填砂管中间的两个测压点（p2和P3）压力数值;p2和P3之间相距1m,距填砂管首尾两端距离都为0．5m。结果表明：①泡沫的封堵能力与压力成正比,压力越大,泡沫产生的阻力系数越大,封堵能力越强;压力为0．1MPa、5MPa和IOMPa时,泡沫产生的阻力系数分别为48、58和70。②气泡的直径与压力成反比,常压（0．1MPa）时,气泡平均直径约为7．381xrn;压力为5MPa时,气泡平均直径约为5．46μm。③压力为5MPa时,气泡与孔喉的匹配性比常压（0．1MPa）时更好。     

Mechanistic Modeling of the Convective Heat Transfer Coefficient in Gas-Liquid Intermittent Flows

The development of a mechanistic procedure to estimate the convection heat transfer in horizontal gas-liquid intermittent—or slug—flow is presented. In broad terms, the mean convective heat transfer coefficient is calculated following an averaging procedure based on the unit cell model of the slug flow pattern. The flow parameters (i.e., unit cell frequency, liquid slug and elongated bubble length and velocity, and liquid hold-up) were obtained from empirical data for air/water flows in a 15 m-long, 25.4 mm ID copper pipe and for natural gas (mostly methane and ethane) and oil or water flows in an actual size, 200 m-long, 150 mm ID steel pipe. A time-averaging procedure based on the unit cell parameters was then used to calculate the mean convective heat transfer coefficient. The slug flow parameters taken on the small scale air/water loop and the actual size pipeline were used for comparisons. Heat transfer data from the small scale air/water loop were used to validate the results calculated using the averaging procedure. Finally, the approach herein proposed also showed good agreement with previously published data and well-known correlations.     

烧结余热回收竖式炉内气体流动和传热的数值模拟

运用数值模拟的方法,通过求解非线性联立的质量、动量、能量及组分守恒偏微分方程组,借助多物理场祸合软件Comsol和模拟软件FLUENT模拟出竖式炉内气体流动,换热特性以及料层阻力特性。模拟结果表明:冷却段高度是影响竖式炉内气固流动换热的因素之一,高度增加,烧结矿温度降低,冷却风的温度升高,空气出口携带火用值先增加后趋于平缓,气固比也影响着竖式炉内气体流动和换热,气固比增加,烧结矿的出口温度和循环空气的平均出口温度逐渐降低,热空气携带的火用值先增加后减小;竖式炉直径也是影响因素之一,但相比于冷却高度和气固比影响不是很大。由模拟的结果给出的冷却段高度为7 m,气固比1 400 m~3/t,竖式炉直径12 m时,竖式炉炉内的气固换热最强,与现场实际的结构参数和操作参数比较吻合。