EXPERIMENTAL AND NUMERICAL ANALYSIS OF LAMINAR AND LOW TURBULENT FLOW DISTRIBUTIONS IN INLET DIVIDING HEADER OF SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER

Flow distribution headers play a major role in heat exchangers. The selection of header diameter, branch pipe diameter, branch pipe spacing etc. is based on the designer's experience and general guide lines. The proper selection of the header dimensions will yield uniform flow distribution in heat exchangers, which in turn will enhance the heat exchanger efficiency. In this work, the flow distribution in branch pipes and the pressure variation across the branch pipes in laminar and low turbulence region is studied with two models of the inlet dividing headers. When the numerical analysis has been applied, its inability to predict the no flow condition through the branch pipes is revealed. The results are presented in the form of flow rate ratio through branch pipes and nondimensional coefficients across branch pipes which are useful to apply the existing mathematical models for the present experimental setup.     

并联管组流动特性的研究

本文针对并联管组的结构特点列出和实际流动情况相吻合的离散型数学模型并和实验结果进行比较。应用离散模型对各种不同结构的并联管组进行模拟计算，揭示并联管组中的流动特性。     

井筒环雾流传热模型及其在深水气井水合物生成风险分析中的应用

该文采用Hewitt流型判别法,表明深水含水气井测试时井筒内多为环雾流,考虑了气核与液膜间速度及热力学性质差异,建立了环雾流传热模型,与南海某深水气井实测数据对比,模型预测误差在5%以内。计算表明,忽略含水影响的气体单相模型在含水量大于0.1%时,泥线以上井筒压力和温度预测误差均超过10%,应用该研究建立的环雾流模型则可以得到更准确的结果。含水会使泥线以上一定范围内井段井筒温度显著降低,压力损失增大。产气量较低时,含水量对水合物生成风险基本无影响;产气量较高时,含水量会使得水合物生成区域下界下移,水合物生成区域增大,并使过冷度增大,更容易诱导水合物生成,水合物生成风险增大,需要增加水合物抑制剂用量,并加深注入位置。产水会使无水合物生成所对应的临界产气量增大,需要调整水合物抑制剂用量和注入位置。     

乳化剂添加对气液垂直管流中压降影响的研究

在石油工业真实管路流动中,几乎都伴有乳化剂的添加。然而由于气液两相流动的复杂特性,考虑乳化剂对立管系统气液两相垂直管流压降影响规律的研究工作,仍十分有限。该文通过理论分析与实验研究相结合的手段,对伴有乳化剂添加的气液垂直管流流动特性和压降特征进行探讨。理论推导部分基于发展的漂移流模型,给出了气体上升聚并过程的物理解释。流动实验部分采用内径为25 mm的有机玻璃管作为实验管路,垂直管段长度为3 000 mm。乳化剂选用工业上常用的十二烷基苯磺酸钠,并在动态实验前进行了物性参数测定,给出了乳化剂对液相介质的影响规律。基于实验结果给出了流动参数间的无量纲关系,并发现乳化剂的添加可以促进流动更加趋于稳定。此外,还对流动过程中的流动形态、持液率、压降特性等进行了探讨,其结果可为今后研究工作提供参考。     

圆管螺旋流的流场特性试验研究

该试验选择了两种圆管螺旋流局部起旋器方案，并在不同流量工况下分别进行了试验。在试验的基础上，对其管段内的流速分布与压力分布进行了分析，从而揭示了起旋器管段内流场分布的特性。为实际运用螺旋流输沙技术解决泥沙淤积问题提供了理论依据。     

粘弹可瘪管的位移振荡研究

本文建立了研究粘弹性可瘪管脉动流位移振荡的实验和理论模型，归结出了管壁位移振荡的控制方程，并应用摄动方法求出问题的摄动解。文章最后还给出了粘弹可瘪管位移振荡发生的判别准则和三种不同流动状态区域，并讨论了来流速度和管壁粘性等参数对这些区域的影响情况。     

船舶螺旋桨周围粘流场数值预报与流场分析

本文叙述了通过直接求解雷诺平均应力方程（ＲＡＮＳ）来获得船舶螺旋桨粘流场数值解的方法与数值求解步骤，该方法采用非交错网格系统，利用幂函数格式离散动量方程，预报－校正方法求解速度－压力耦合问题，应用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模式求解雷诺应力项使方程组封闭，以此来获得螺旋桨粘流场，为了验证数值方法的稳定性和可靠性，文中以ＤＴＲＣ４１１９桨为算例，对螺旋桨粘流场进行了数值求解，通过对计算结果的分     

凝析气藏考虑高速流动效应的油气渗流动态研究

近期的大量理论和实验研究发现。高速流动导致的毛管数和非达西效应对近井油气相对渗透率有显著影响，而目前仅仅考虑非达西效应无法准确描述油气真实渗流状态。如何准确理解并考虑这两种效应的影响对于凝析气藏渗流动态分析以及生产动态预测有很重要的意义。本文建立了油气两相渗流的定解问题，得到了拟稳态形式的流入动态方程。在三区渗流机理上．首次综合考虑了毛管数和非达西效应对相对渗透率的影响。实例分析揭示了高速流动下油气相对渗透率变化及油气分布状态新特征。对不同流入动态模型的对比分析表明。本文方法较之现有方法更有助于正确预测生产动态。评估气井产能。     

TWO MODIFICATORY K-ε TURBULENCE MODELS FOR TURBULENT SWIRLING FLOWS

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｓｔａｎｄａｒｄＫ εｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐ ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ,ａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｕｓｉｎｇｉｔｉｎｐｒａｃｔｉｃｅｈａｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｉｔｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｉｎ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｍａｎｙｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｓ,ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｓｉｍｐｌｅｓｈｅａｒｆｌｏｗ .Ｆｏｒｆｌｏｗｓｓｕｂｊｅｃ…     

流体在多孔管分支系统中的流动机理研究

通过摩擦系数λ和动量交换数ｋ两种变量的分析，确定了多孔管摩擦系数λ和动量交换系数ｋ的分析表达式，在此基础上，求出了变系数变量动量方程的分析解。     

Prediction of oil-water flow patterns,radial distribution of volume fraction,pressure and velocity during separated flows in horizontal pipe

Flow of two immiscible fluids gives rise to variety of flow patterns,which influence transportation process.In this work,we present detailed analysis on the prediction of flow pattern maps and radial distribution of volume fraction,pressure and velocity of a pair of immiscible liquids through a horizontal pipeline by computational fluid dynamics(CFD) simulation using ANSYS FLUENT 6.3.Moderately viscous oil and water have been taken as the fluid pair for study.Volume of fluid(VOF) method has been employed to predict various flow patterns by assuming unsteady flow,immiscible liquid pair,constant liquid properties,and co-axial flow.From the grid independent study,we have selected 47 037 number of quadrilateral mesh elements for the entire geometry.Simulation successfully predicts almost all the flow patterns(viz.,plug,slug,stratified wavy,stratified mixed and annular),except dispersion of oil in water and dispersion of water in oil.The simulated results are validated with experimental results of oil volume fraction and flow pattern map.Radial distribution of volume fraction,pressure and velocity profiles describe the nature of the stratified wavy,stratified mixed and annular flow pattern.These profiles help to developing the phenomenological correlations of interfacial characteristics in two-phase flow.     

波流相互作用下沿垂向的水流结构及其实验验证

本文研究了波流相互作用情形下波浪对水平流速沿垂向分布的影响。作者从Navier Stokes方程出发，用涡动粘滞系数模型来封闭波流相互作用下的流动方程，提出了一个求解整个水深内的断面流速分布的方法。理论计算与实验结果基本一致。     

基于POD方法的圆型喷口射流速度场结构分析

大空间建筑中分层空调系统喷口送风射流运动卷吸会造成热量自上部非空调区向下部空调区转移,这是导致空调系统负荷增加的原因之一。本文搭建圆型喷口射流运动盐水模型实验台,利用粒子速度测量系统(PIV)提取喷口卷吸剪切层附近流场速度矢量场信息,借助特征正交分解方法(POD)剖析剪切层内的相干结构及其能量分布、竖向与横向速度特征值比例,为后期研究喷口卷吸运动引起的大空间对流转移热量提供实验与理论参考。     

明渠均匀流流速横向分布的涡黏性模型

为了研究明渠水流的运动特性,开展了明渠水流流速横向分布数学模型的研究。本文根据量纲分析方法和实验资料,得到水流横向剪切作用下横向涡黏性系数的关系式;基于均匀流的水流运动方程,按照有限差分方法,建立流速横向分布计算模型。该模型具有计算简单、快捷和精度较高的优点,且数值计算不受横向涡黏性系数的结构形式和断面形态的影响。采用明渠水流实验资料验证数学模型,数学模型计算的流速横向分布与实验资料较一致,具有较高的理论意义和应用价值。     

水下航行体壁面脉动压力的大涡模拟研究

湍流壁面脉动压力是重要的水动力噪声源,开展相应的计算与试验研究十分必要。作者在大涡模拟的理论框架下,结合精细网格生成技术,对于水下航行体的壁面脉动压力进行了数值预报。首先,详细描述了所使用的大涡模拟方程与动态Smagorinsky亚格子模型,介绍了离散求解的数值方法。其次,利用大涡模拟计算了SUBOFF模型主体与附体上的表面压力分布,并利用试验结果进行了验证,分析了大涡模拟方法计算定常流动的可靠性。再次,计算了平板的湍流壁面脉动压力,并与CSSRC的消音风洞试验结果进行了对比,分析了大涡模拟方法计算非定常流动的可靠性。最后,对于水下航行体模型主体上三个位置与围壳上四个位置处的壁面脉动压力进行了大涡模拟,得到了脉动压力1/3OCT频谱,分析了频谱高频与低频特性以及衰减特性,并用试验结果进行了验证。研究表明,本文建立的水下航行体壁面脉动压力的数值预报方法是可靠的。     

模拟风沙运动的离散颗粒动力学模型

根据风沙运动的特点，建立了基于单沙粒动力学的离散颗粒动力学模型。依据该模型，模拟了9000个沙粒在风力作用下由静止不动到充分发展的稳定态的全过程，细致研究了沙床处于稳定态时床而形态，跃移轨迹以及跃移质／蠕移质间交换规律，所得结果有助于理解风沙运动的内部机理，这是目前常用的模型所做不到的。研究表明：离散颗粒动力学模型能够真实的模拟风沙运动现象，研究范围涉及风沙运动规律和床面形态的发生与发展等关键的问题，因而比其它模型更具优势。     

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.     

均匀流绕旋转圆柱分离流动的数值模拟

本文利用离散涡模型与边界层理论相结合的方法，研究了高雷诺数下，均匀流绕旋转圆柱的分离流动以及有关动力学特性，并验证了Magnus效应，数值模拟过程中，边界层方程用Keller盒式法求解，离散涡采用涡量均匀分布的圆形涡团模型并以涡核半径随时间增长来模拟涡旋的粘性扩散效应。在计算绕旋转圆柱的流动中，无须人为地引进非对称扰动，到一定时候就能自动形成交替脱落的涡街，旋转圆柱周向速度与来流速度比值α的变化范围为0.05-0.3。计算所得升阻系数、分离点的位置以及压力分布与理论和实验结果相符。     

SIMULATIONS OF THE THREE-DIMENSIONAL TOTAL DISSOLVED GAS SATURATION DOWNSTREAM OF SPILLWAYS UNDER UNSTEADY CONDITIONS

Dams are often operated in a way to discharge over the spillways, which would cause a high dissolved concentration of air and be harmful to fish. The bubble transfer and the water surface transfer play an important role in affecting the concentration of the Total Dissolved Gas (TDG). Based on recent numerical simulations of the total dissolved gas saturation, in this article, a two-phase TDG transport equation is adopted to develop an unsteady three-dimensional (3-D) two-phase flow Computational Fluid Dynamics (CFD) model, including a number of parameters such as water depth, pressure and air volume entrained. This model is used to predict the hydrodynamics and the TDG distribution under unsteady discharge conditions. Good agreement between measured and numerical results is obtained for a case study.     

液柱分离型水锤新空腔模型

为深入探讨液柱分离型水锤的模拟计算,通过改进离散空腔模型,提出了新空腔模型。新空腔模型考虑空腔处非满流的流态,根据前后管段的水流状态,将计算管段划分为7种类型,分别建立计算模块对空腔处管段进行分类计算,使其更为准确地计算空腔处的流量同时模拟空腔处的瞬变过程,并基于简单管路和复杂管路试验对新空腔模型进行了初步验证。结果表明,与DVCM相比,新空腔模型能够更准确地模拟瞬变过程中的压力波动和空腔形态、位置及空腔体积的变化,对水柱弥合过程的压力波动峰值的模拟更接近实测数据,有助于指导实际工程中的水锤安全防护。