小曲率矩形截面蛇形微通道气液两相流的实验研究

以空气、水为气液两相工质,采用90°Y型混合器,在矩形截面为800×100μm的蛇形微通道内利用高速摄像仪进行了可视化实验。通过改变气、液两相流量,在通道b、c段观测到一些不同于直微通道的特殊流型,对泡状流的气泡长度进行分析,提出新的预测关联式。针对戟形弹状流,分析了长宽比与毛细数之间的关系,并将气戟长度、液膜厚度的实验结果与已有文献关联式进行对比,发现Qian等、Quere等的预测相对较好。此外,由于蛇形管剪切作用及向心力的影响,在弯道Ⅱ处发现气戟的过渡有膨胀拉伸、剪切诱导、直接过渡3种方式。     

基于分相流模型的棒束通道内两相流阻力特性研究

以空气和水为介质,对常温常压下3×3棒束通道中的两相流阻力特性进行研究,选取5种常见分相流模型对棒束通道中两相流摩擦压降进行预测,并基于Lee-Lee模型,以分相流模型中的参数C为核心参数,提出适用于棒束通道的经验关系式。结果表明:Chisholm模型预测分散度较大,但平均相对误差较小,可用于棒束通道内两相流摩擦压降的粗略估计;Mishima-Hibiki模型和Zhang-Mishima模型都基于小通道或者窄通道,在不同流型中误差也均在30%以上;Sun-Mishima模型的经验关系式涉及的影响因素较多,在棒束通道的适用性较差;修正后的模型预测值与实验值符合程度较高。     

矩形微通道内气液两相流压力降特性

以氮气为气相介质,以不同表面张力的液体(纯水、0.01%SDS溶液、乙醇)为液相介质,对3种矩形微通道(200μm×200μm,400μm×400μm和800μm×800μm)内两相流压力降进行可视化试验,同时对微通道内两相流压力降梯度进行了测量,并将测量值与均相流模型、分相流模型和以流型为基础模型的预测值进行了对比.结果表明:两相流压力降受表面张力、通道尺寸和两相流速度影响;以流型为基础模型的理论预测方法预测效果最好.     

顶吹管内流型与气泡群周期性变化的实验研究

贫化电炉还原油枪中,气、油混合顶吹是典型的气液混合两相流过程,管内流型随气液混合比例变化,从而引起气液混合顶吹管口气泡群的形态变化.基于气液两相流研究,用气、水进行不同气液混合比两相流研究,得出不同气液混合比例时的管内流型,及与之对应的气泡群下潜深度和宽度的周期变化.通过将其进行对比分析,得出气泡群形态随流型和气液混合比的变化趋势,以便得出更好的搅拌效果.     

基于图像处理的小通道内气液两相流含气率的实验研究

采用高速摄像机对水力直径为1.15 mm的正三角形小通道内气液两相流流型进行实时拍摄和图像采集,提出一种利用数字图像处理技术检测小通道内气液两相弹状流体积含气率的方法。针对小通道内两相流型中气泡间相互无遮掩的优势,利用图像处理技术对各流型图像进行消噪、边缘提取、二值化、区域标记和填充等处理,根据提出的三维气相体积计算模型得到体积含气率。最后与漂移流模型计算结果进行比较,比较和实验结果都表明:对于弹状流,该方法得到的含气率与真实值的误差在±15%以内,具有较高的测量精度;并对实验数据进行回归分析得到了截面含气率公式,可用于微小通道内气液两相流参数的在线检测,为今后微小通道内的两相流动特性研究提供参考。     

窄间隙矩形通道的临界热流密度解析模型

根据窄间隙矩形通道的流道结构特点,参考圆管环状流临界热流密度(CHF)预测解析模型,得到了窄间隙矩形通道内环状流CHF解析模型.该模型可以预测通道间隙不小于0.5 mm的窄间隙矩形通道内发生沸腾两相流环状流时的CHF值.计算表明,当窄间隙矩形通道的进口截面宽高比为25～85时,通道内的CHF值强化比较明显.     

并列矩形微通道可视化研究和压降计算

对当量直径为177.8μm、长为3mm的矩形截面并列微通道进行了试验研究,通过高速摄影仪对并列微通道内空气-水的两相流动进行了可视化研究,试验中观察到几种典型的流型;利用分相流模型、均相流模型对并列微通道的整体压降进行预测,并与测得的试验值进行了对比,通过计算各个模型的平均绝对误差来比较其预测效果.结果表明:均相流模型对整体压降的预测效果好于分相流模型;均相流模型中,用Dukler黏度计算式得到的预测值平均绝对误差最小,预测效果最好.     

T型微通道液滴/气泡生成时间和大小的研究现状

利用微流体机械可以生成更均匀、大小可调的微液滴/气泡。文中分析了T型微通道生成微液滴/气泡的典型流型以及过程中的主要受力、微液滴形成/破碎过程的典型阶段以及相关的影响因素,总结了现有的利用力平衡方法预测微液滴/气泡大小的关系式,为有效控制T型微通道内微液滴/气泡的生成时间以及最终的体积,形成一种稳定的多相流流动提供了参考。     

基于反问题理论的汽液两相上升流流型预测与实验研究

汽液两相流流型的测量在两相流研究中占有重要地位。应用均相流模型建立了圆管内汽液两相上升流压力分布,基于反问题理论反演了汽液两相的物性参数,将反演结果与流型图结合,精确地预测了管内流型,计算结果与实验结果进行了对比,误差小于5%。提出的反演流型的方法,可以推广到水平管、螺旋管,为工程上的汽液两相流设备安全性分析、稳定性分析等提供了一种简单可靠的技术方法。     

单面加热竖直窄通道内环状流沸腾传热特性

基于汽芯的动量方程和液膜的质量和动量方程,建立了单面均匀热流竖直窄通道内环状流沸腾传热模型,利用数值法对方程组进行求解,得出了环状流区域的液膜厚度,并进一步预测了环状流两相沸腾传热系数。研究表明:模型预测的两相沸腾传热系数比Mahmound关联式计算值偏小;将不同工况下的291组环状流两相沸腾传热系数实验值与模型预测值进行对比,平均绝对误差为12.7%。     

垂直矩形窄通道流动沸腾换热特性实验研究

流动沸腾换热是典型的两相流问题。窄通道与常规通道相比较,其流动沸腾换热系数有较大提高,换热机理也更加复杂。针对截面为250 mm×5 mm的竖直矩形窄缝通道,在低压、入口温度过冷、不同质量流速及加热功率密度的条件下,对水流动沸腾换热特性进行实验研究。通过实验分析可知:入口温度27～60℃、质量流速2.22～3.49 kg/(m2.s)及加热功率密度0～12 kW/m2对饱和沸腾起始点和过冷段长度有重要影响;高的空泡份额和通道结构的限制使汽液两相流动不稳定而影响换热系数,换热系数随着功率的增大而减小,流体进入完全对流沸腾阶段;由于实验段通道顶部结构的限制,干度的增加不会出现干涸点,换热不会得到恶化,换热系数随着功率的增大基本不变。     

气液两相流相空间复杂网络非线性动力学特性分析

气液两相流动作为一个具有混沌特征的非线性动力学系统,其流型演化动力学特性尚未取得清楚的认识。以垂直上升管内空气-水两相流为研究对象,在实验获取气液两相流流型压差波动时间序列的基础上,将空气-水两相流的压差波动时间序列映射到流型相空间复杂网络对其非线性动力学特性进行了分析。通过分析发现在相空间不稳定周期轨的吸引特性作用下,不同流型的相空间复杂网络现呈出明显不同的网络结构,并且网络密度的演化趋势与流型的转化过程相吻合,较好地反映了垂直上升管内空气-水两相流的非线性动力学特性。     

倾斜下降管内气-液两相流流型PSD特征

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。对倾斜下降管内气液两相流流型的鉴别进行了实验研究。结果发现：利用压差的时域信号和信号的功率谱密度函数(PSD)，可以客观地判别流型。     

窄矩形通道中欠热流动沸腾气泡图像分割方法

为快速且准确地计算气泡行为参数,本研究针对窄距形通道中欠热流动沸腾的气泡图像,提出了一种气泡分割方法.首先,对实验图像进行滤波,背景差值等操作消除背景噪声,提高两相之间对比度;然后,利用双阈值法获得气泡图像二值图;最后,依据气泡特征选择合适的结构元素,并利用形态学操作完成气泡图像分割.实验结果表明,该方法所得气泡图像分割结果有效消除复杂背景,气泡形状、大小及位置均与实验图像符合较好.因此,该方法能够对窄矩形通道中欠热流动沸腾的气泡图像进行快速有效的分割识别.     

水平外波纹管降膜管间流型转变

相比于光管,外波纹管的壁面凹凸结构可增加换热面积,从而提高水平管降膜蒸发器的传热特性。准确预测溶液管间流型是提高传热传质性能的关键步骤。建立了水平管降膜实验装置,研究管间距、溶液浓度、管型对降膜流动过程管间流型转变的影响。结果表明:随着雷诺数(Re)的增加,管间流动形态依次出现滴状流、滴柱状流、柱状流和柱片状流和片状流;对于每一种流型转变所对应的Re,外波纹管明显低于光管,并随管间距的增大而增大,随NaCl溶液质量分数的增大而减小;相较于光管,两种外波纹管更易在较低Re下获得各稳定流型。流型转变边界可以通过流体Re与伽利略数(Ga)之间的函数关系式描述。通过拟合实验数据,得到了3种管的流型转变关系式。     

锯齿形细通道内乙醇流动沸腾特性研究

采用数值模拟的方法对通道宽度为2mm的竖直布置的锯齿形细通道内乙醇流动沸腾及传热特性展开研究.通过UDF编程的方法对相界面的传热传质过程进行控制,重点考察了气泡的生长特性及其对系统压差和换热系数的影响.结果表明:锯齿形细通道内起始汽化核心均位于内侧突起点附近,且在漂移区和泡底微层共同作用下,该区域工质平均流速高达主流流速的5 ～ 10倍,使得该处的气泡生长速度最快,换热增强.系统压差随加热时间呈上升趋势,并在一定范围内震荡.传热系数随干度增大而下降,并将模拟结果与实验数据进行了对比分析,阐述了流型和通道几何结构对于传热系数的影响.     

垂直矩形窄缝内的过冷流动沸腾换热性能

用高速摄像等方法研究了有压模化介质在单一垂直矩形窄缝流道内的气泡形态和传热情况 ,发现窄缝流动沸腾换热强化的原因在于流道尺寸较小 ,气泡的形状发生变化 ,增加了界面体积浓度 ,并强化了对加热面附近的扰动 ,使换热有所强化。通过与实际测量的壁温数据进行比较 ,发现用于计算大流道和池过冷沸腾换热的 Rohsenow关系式预测窄流道内高热流密度下的过冷流动沸腾换热的误差不大 ,但对于较低热流密度下的过冷流动沸腾时误差较大 ;通过最小二乘法对 Rohsenow关系式进行修正后 ,误差低于± 2 5 %。     

振动状态下水平管内气液两相流流型转变的实验研究

对振动状态下水平管内气液两相流流型进行了实验研究,分析了不同振动频率、振动幅度对流型转变的影响。研究发现:随着振动频率或振动幅度的提高,在液相折算速度相同的情况下,环状流的形成需要更高的气相折算速度,而在气相折算流速相同时,泡状流的形成需要更高的液相流量;振动频率或幅度的提高使各个流型的走势分布发生变化,整体看是以弹状-波状流为中心向外有不同程度的扩张;振动频率与振动幅度两者对流型转变的影响基本相同。     

小管R134a两相流压降噪音与流型关系

两相流型的非可视化图形判断有着其应用需求。目前的方法有电容法和压降法,均在实验室研究阶段。本文以R134a为工质,研究了2 mm管径下泵驱回路两相流压降噪音与流型的关系。用高速摄像仪观察和记录石英玻璃管中两相流流型、用单片机采样系统对回路测量段进行压降高密度采样(1 kHz)。对各流型下的压降数据作快速傅里叶变换得到其压降频谱图,分析了压降噪音来源,并据此在特定条件下对流型进行初步区分。研究表明,波状流、间歇流、环状流在压降低频噪音及压降直流分量上表现出不同的特性,就给出相关的无量纲参数区分流型的可行性进行了讨论,为非可视化的两相流型在线判断提供了依据。但两相流型区分的普适性判据仍有待深入研究。     

提升管管径对有机工质气泡泵性能的影响分析

基于气液两相漂移流理论,对以TFE（三氟乙醇）/E181（四甘醇二甲醚）溶液为工质的扩散吸收式制冷系统气泡泵建立数学模型,通过MATLAB编程,在不同的浸没比和加热功率下,分析了提升管管径对TFE/E181气泡泵性能的影响规律。结果表明,TFE/E181气泡泵的性能随提升管管径的变化与浸没比和加热功率密切相关;在浸没比介于0.2 ~ 0.7,加热功率介于200 ~ 1 200 W的范围内,存在一个最佳的提升管管径使得气泡泵的溶液提升量与效率最大,且提升管最佳管径随着浸没比和加热功率的增大而增大,直至趋于弹状流最大许用直径;此外,当提升管管径一定的情况下,TFE/E181气泡泵的溶液提升量与效率随浸没比的增大而增大,而随加热功率的变化则与提升管管径的大小有关。