微通道分流弹状流的界面过程及压力演变规律

弹状流分流不仅能调控两相流流型从而强化传热,同时也是生物化工、制药行业的传统过程。针对壁面微通道分流液相、调控两相流型的过程进行数值模拟,获得局部参数变化规律,是获得两相流流型演变机理的基础。采用VOF模型耦合动态自适应网格精准追踪气液界面,模拟气液界面在分液口的界面运动;获得轴向及壁面静压、动压的演变规律。通过模拟可知微通道分流弹状流的关键是气弹在分液口的类活塞运动;同时由于界面拉普拉斯压力差的存在,弹状流压降具有不连续性;且此不连续压力随气弹在分液口的类活塞运动具有周期波动性。而弹状流液桥部分的局部压降是影响总压降的关键;近气弹头部的液相区压降显著,近气弹尾部的液相区域由于液速降低其压降明显衰弱;此为弹状流有别于其他两相流流型的压降特点。     

垂直上升弹状流中液弹长度分布

提出了计算垂直上升弹状流中尾随Taylor气泡上升速度的关系式;并基于气泡追赶合并机理,建立了预测沿管路任意位置液弹长度分布模型,提供了弹状流发展过程中弹长分布的变化情况。     

小曲率蛇形微通道弯头处弹状流流动及传质特性的数值研究

采用CLSVOF（coupled level set and volume of fluid）方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的综合影响;同时深入分析了弯管内气液两相流动的传质特性,包括不同曲率下气泡长度的变化,弯管内液侧体积传质系数与液膜体积传质系数的比较,曲率及气相速度对液相体积传质系数的影响。同时,对比了回转弯道与直微通道传质系数的差异,发现弯微通道可以强化传质。     

T型微通道内弹状流流动特性

以空气为气相介质和不同表面张力的液体(纯水、0.01%SDS溶液、0.50%SDS溶液、乙醇)为液相介质,对矩形截面为100μm×800μm的T型微通道内的气液弹状流进行了相分离可视化实验。实验结果表明:气相表观速度一定时,液相采出分率随着液体表观速度的增加而减小;液体表观速度一定时,气体表观速度变化对液相采出分率影响不大;两相的表观速度一定时,液相采出分率随着液体的表面张力降低而减小。另外,将所得的相分离实验数据与其他管径尺寸的数据进行比较,发现不同尺寸T型通道内弹状流相分离特性比较相似。     

微通道内弹状流气液分离的数值研究

微小三通管内的流量分配及相分配特性对微型工程设备的正常运行至关重要.为了研究微三通管流体分配器的相分配特性,采用计算流体动力学(CFD)方法,对微小三通管道模型进行了数值模拟.计算了jG=0.1m/s,jL=0.05 m/s的两相流不同时刻的相分布图,得到了气泡流经三通管时,气泡分离经历的过程.以空气和水为介质,研究了在不同气相速度和不同液相速度下,采出分率与质量分离效率的关系.气体速度不变,液体速度越大,质量分离效率越高,相的重新分配越不均匀.液体速度不变,气体速度越大,质量分离效率变化不大,总体为气体比液体更容易从侧支管采出.     

垂直上升气液弹状流中含气率分布的实验研究

彩和光导纤维探针和美国柯达公司生产的ＥＫＴＡＰＲＯ１０００型高速动态分析仪研究了生趣直上升管内气液两相弹状流中含气率分布,获得了有关弹状流入口区及充分发展区相分布的实验数据。     

不同T型微通道内弹状流相分离规律的实验研究

为获得不同形式顺流T型、冲击T型跨尺度通道对两相流流型的不同调控作用,设计跨尺度-并行多T型管-单晶硅方形通道,增大分液量的同时获得更接近实际应用的多分支口最长气弹伸缩长度;利用高速压力监测系统及高速摄像监测系统分别监测T型分支通道的压力及两相流界面运动,获得不同形式微通道相分离弹状流的压力波动及分液规律,建立微通道内气液界面运动与宏观调控参数两相流流速、压差之间的相关性,同时证明冲击型跨尺度微通道具有更高分液能力。     

水平管气液两相弹状流液弹频率的水动力学新模型

The prediction of slug frequency has important significance on gas-liquid two-phase flow. A hydrodynamic model was put forward to evaluate slug frequency for horizontal two-phase flow, based on the dependence of slug frequency on the frequency of unstable interfacial wave. Using air and water, experimental verification of the model was carried out in a large range of flow parameters. Six electrical probes were installed at different positions of a horizontal plexiglass pipe to detect slug frequency development. The pipe is 30 m long and its inner diameter is 24 ram. It is observed experimentally that the interracial wave frequency at the inlet is about i to 3 times the frequency of stable slug. The slug frequencies predicted by the model fit well with Tronconi (1990) model and the experimental data. The combination of the hydrodynamic model and the experimental data results in a conclusion that the frequency of equilibrium liquid slug is approximately half the minimum frequency of interfacial wave.     

水平管内油气两相弹状流的产生

<正>近几十年来,水平管内气水两相弹状流发生的研究已引起各研究者的注意.Koldyhan＆a[什1970年）首先采用了古典的线性稳定分析方法研究了弹状流发生的初始条件,并得到了其发生     

垂直管内向上气液流动的分析(Ⅱ)——弹状流的压力降计算

本文采用以弹状气泡速度运动的相对坐标系,对液体段建立动量衡算关系,分析了弹状流压力降中加速压降的来源。与前人结果比较,理论根据较为充分,与实验数据也更为吻合。     

水平管气液两相段塞流的波动特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出间歇性和不稳定性。系统地研究了水平管中段塞流持液率、压力和压差的波动特性。结果表明,段塞流持液率的概率密度分布为双峰分布,高持液率峰对应于液塞区,低持液率峰对应于液膜区;在压力的概率密度分布中,当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目少时,压力分布出现双峰分布;当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目多时,压力分布出现单峰分布;压差信号分布呈单峰分布。这些特征为流型识别提供了可靠的段塞流标识。     

垂直管内气液两相弹状流压力降

把空隙率和气相密度沿管子高度的变化当作连续过程，并以微分单元压力降出发，然后在全管范围内积分，从而导出了气液两相在弹状流情况下的总压力降计算式：△Ｐ＝　ｌｎ（１＋　）＋Ｚｃ该计算式用于计算弹状流压力降时，简便且准确度高。     

水平管段塞流气弹区液膜特性研究

为了研究气液段塞流相界面的结构特征,采用了双平行电导探针技术对水平管内段塞流气弹区的液膜特性进行了实验测量,并基于一维双流体模型导出液膜厚度的控制方程,该方程对液膜厚度的预测结果与实验结果吻合良好。结合液膜厚度计算模型提出了计算段塞流的机理模型,该段塞流机理模型的计算结果表明对于液相表观速度较高而气相表观速度较低的段塞流,机理模型中忽略液膜非平衡性时得到的平均液膜厚度和气弹区长度明显偏低。     

下倾管中活塞流液塞长度波动特性

通过采集下倾管中活塞流的差压信号,应用互相关法分析得到液塞长度时间序列.利用统计理论与分形理论分析液塞长度时间序列来揭示液塞长度波动特性.结果表明：气相折算速度对液塞长度的影响远大于液相折算速度.液相折算速度较大时,随着混合速度的增加,液塞长度波动的混沌程度增加;而液相折算速度较小时,随着混合速度的增加,液塞长度波动的混沌程度减小.在管线下倾角较大的情况下,液塞长度分布集中在较小的范围内.管线下倾角越大,液塞长度波动的长程相关性越好.     

下倾管段塞流液塞速度波动特性

为了发现下倾管中段塞流液塞速度波动规律,在模拟装置上对段塞流进行了试验研究,并利用分形理论对液塞速度波动特征进行了研究。结果表明:液塞平均速度随管线下倾角1—4.5°的改变没有明显变化,但液塞最大速度和液塞速度波动幅度随着下倾角的增大而增大。气液相混合速度增加,液塞速度波动的混沌程度增大,并且液塞速度波动对初始条件的敏感程度越强。管线下倾角越大,液塞速度波动受气液相混合速度的影响越小。     

Prediction of liquid height for onset of slug flow

An experimental investigation is carried out to study the transition from stratified to slug flow and the development of slug flow. The variation of Lockhart–Martinelli parameter with the non‐dimensional liquid height is established based on the experimental data. A correlation is developed for the liquid height as a function of superficial gas and liquid Reynolds number. The liquid height is observed to increase up to some level depending on the mass flow rate, beyond which there is a sudden jump in the height leading to the formation of slug. This critical liquid height is the limiting condition for the evolution of slug. Below the critical height a stable stratified flow is observed. The critical height for stability limit of stratified flow is established experimentally for various combinations of mass flow rates of the primary and secondary phases. © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering     

水平管内气液段塞流液塞发展特性实验研究

Slug initiation and subsequem evolution along a 5.0 cm ID, 16m long horizomal pipe are experimentally studied. The transient characteristics of interfacial structures are described by using simultaneous measuremeres of the liquid height at multiple locations along the pipe. Various effects of superficial gas and liquid velocities and pressure oscillation on the slug initiation and evolution along the pipe are illustrated. It is found that the slug is initiated by a deterministic orocess with reolenishmem and deoletion of liquid near the inlet for the superficial gas velocity USG〈3.0m·s^-1 and by a stochastic process with wave coalescence along the pipe for USG〉3.0m·s^-1.The evolution of the slugs is strongly attected by superhclal gas and liquid veloclties for USG〈3.0m·s^-1 but weakly affected by the superficial gas velocity for USG〉3.0 m·s . The suppression of pressure oscillation at the pipe inlet significantly delays the onset of slugging, with slugs forming postponed further downstream. The slug frequency at the outlet is, however, not affected by the variation in the pressure oscillation.     

水平管道油气二相段塞流稳态流动特性

使用通过自行设计并搭建的实验装置,对水平管道油气二相段塞流稳态流动特性进行了实验研究。采用压力信号互相关方法测量了段塞流平均液塞速度,通过分析得到了液塞速度、液塞长度和液塞频率随气、液相折算速度的变化规律。结果表明,当液相折算速度恒定时,随着气相折算速度的增大,液塞速度基本上呈线性增大,而液塞长度呈双曲线减小;当气相折算速度恒定时,随着液相折算速度的增大,液塞频率基本呈线性增大,而液塞长度呈双曲线减小。