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。     

地形起伏管路气液两相段塞流模型研究

段塞流是气液两相流动中的一种常见流型,由于地形原因,管路多处于起伏状态,而目前国内外对起伏诱发的气液两相管路段塞流研究尚不成熟。针对实际气液两相管路中频繁出现的地形起伏段塞流,首先利用历史数据对现有段塞流模型的适用性进行了比较,建立了地形起伏状态下段塞流的液塞追踪修正模型,最后利用FLUENT软件进行了模拟,研究了管路起伏诱发状况对段塞流段塞分布、拐角处持液率、液塞长度和压降的影响,并将模拟压降与计算压降进行对比,结果表明建立的模型具有一定的精度,对于实际的地形起伏诱发段塞流管道的安全高效运行有一定的指导意义。     

水平管油气两相段塞流及其传热特性

海底油气管道的冷却传热过程是结蜡、水合物等海洋石油工业流动保障问题的关键控制因素。采用电容探针与热电偶、热电阻等流动及温度测量手段对不同冷却条件下空气-油段塞流的流动参数和传热参数进行实验测量,分析了空气-油段塞流流动参数对传热特性的影响,并与空气-水对流换热进行对比。结果表明,空气-油段塞流对流传热系数主要受液相折算速度的影响,且冷却液温度越低,管底热流体黏度越大,导致热边界层越厚,传热系数降低;受黏性力及边界层影响,对流传热系数远小于空气-水;沿管壁周向,从管顶到管底的对流传热系数不断增大。提出了适用于冷却条件下的油气段塞流传热关联式和传热模型。     

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。     

水平管段塞流持液率的波动特性

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.今对水平管中段塞流持液率的波动特性进行了分析.结果表明:在同一折算液速下,随着折算气速的增加,段塞单元的平均持液率和液膜持液率先快速下降再缓慢下降,而液塞持液率先缓慢下降再快速下降.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;概率密度函数中较完好的峰所对应的持液率与光滑分层液膜区和液塞区的平均持液率相一致.     

气液两相段塞流特性分析及控制方法

段塞流是一种最常见的流型。严重段塞流会给设计和生产带来了许多问题。笔者结合从业经验,探讨了气液两相段塞流特性及控制方法。通过本文的而研究,对于油气处理设备的安全运行、保障运输设备以及优化工艺性能等都有较实际的应用价值。     

气液两相流段塞流持气率快关阀法优化设计

快关阀法(quick closing valve,QCV)是气液两相流流动实验中常用持气率标定手段。特别是由于段塞流中气塞与液塞表现为随机可变流动特性,不合理的快关阀间距及截取次数选择将会导致持气率测量误差增大。提出了一种持气率快关阀法优化设计方案。首先,采用环形电导传感器上下游阵列信号计算流体相关流速,根据相关测速结果提取上游传感器信号对应流动工况的气塞与液塞间隔长度序列,采用Maxwell方程提取液塞中含泡持气率;在此基础上,再依气塞在管道内占比模拟计算不同快关阀间距时捕获的持气率波动序列。通过分析持气率序列波动,从统计学角度指出了95%置信度及5%允许误差情况下所需最低截取次数。最后,在快关阀门间距为1.55 m的条件下对段塞流所需截取次数进行了实验验证。通过对快关阀法持气率测量误差进行统计分析,证明了设置两个快关阀门间距的充分条件。     

水平管道气液两相段塞流参数计算的精确模型

分析了水平管内气液两相段塞流的运动特性和形态特征以及段塞单元内部的速度分布规律,建立了水平管路气液两相段塞单元的物理模型。将一个完整的段塞流单元分为液相段塞区和液层/气泡区,建立了液相段塞区的质量和动量守恒方程,计算了其压降和持液率;对液层区,模型考虑液层厚度分布不均(坡状液层)对参数计算的影响,通过建立局部控制方程,推导了液层高度随流动方向坐标变化的表达式,并将持液率和湿周写成液层高度的函数。通过与实验和其他模型的计算结果对比,本文建立的模型可以对压降和持液率有更准确的预测结果。     

水平管内气液两相流传热初探

在水平套管内进行了空气—水体系气液两相流传热的研究。结果表明,水平管内气液两相流传热的传热系数明显高于液体单相流传热的传热系数,且存在着K—ΔP关系的最经济区域。     

Study of an air-lift system,Part II: Heat transfer in co-current,vertical two-phase,non-boiling flows

Heat transfer at the inner wall for co-current vertical air-water mixture flow has been investigated in a 161.5 mm diameter pumping tube of an air-lift system. The experimental heat transfer coefficients were found to be significantly higher than those calculated from a single liquid phase correlation for the same liquid flow rate. The enhancement of heat transfer was found to be related to the flow pattern. A decrease of the heat transfer coefficient was observed in the transition region from slug flow to churn flow. Hydrodynamic and heat transfer models have been used to describe heat transfer during the slug flow regime and a correlation is proposed for the heat transfer coefficient in the liquid plug behind the gas bubble.     

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.     

Hydrodynamics and local mass transfer characterization under gas–liquid–liquid slug flow in a rectangular microchannel

Gas–liquid–liquid three-phase slug flow was generated in a glass microreactor with rectangular microchannel, where aqueous slugs were distinguished by relative positions to air bubbles and organic droplets. Oxygen from bubbles reacted with resazurin in slugs, leading to prominent color changes, which was used to quantify mass transfer performance. The development of slug length indicated a film flow through the corner between bubbles and the channel wall, where the aqueous phase was saturated with oxygen transferred from bubble body. This film flow results in the highest equivalent oxygen concentration within the slug led by a bubble and followed by a droplet. The three-phase slug flow subregime with alternate bubble and droplet was found to benefit the overall mass transfer performance most. These results provide insights into a precise manipulation of gas–liquid–liquid slug flow in microreactors and the relevant mass transfer behavior thereof.     

垂直管内弹状气泡上升时的壁面传质

Wall-liquid mass transfer for Taylor bubbles rising through liquid column in vertical tubes is an important and fundamental topic in industrial processes.In this work,the characteristics of wall-liquid mass transfer for this special case of slug flow were studied experimentally by limiting diffusion current technique (LDCT). Based on the experimental results and the analysis of hydrodynamic mechanisms,it was proposed that four different zones exist,i.e.the laminar falling film zone,the turbulent falling film zone,the wake region and the remaining liquid slug zone.The corresponding correlations for all these zones were developed.     

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。     

垂直受热通道中气液两相流传热性能的研究

在垂直受热通道中气液两相流的传热是一种从单相流、泡状流、弹状流、搅拌流直至环状流的各种流型的气、液两相复杂传热。本文采用了特制的实验研究设备,以水及其蒸汽为介质,研究了各种流型的传热特性及其影响因素(进料质量流速、热通量以及干度等),探讨了成膜条件,并用J.C.Chen双机理传热模型计算、分析了在不同情况下各机理对传热所起的作用。     

基于段塞流的通用气液两相流模型的建立与验证

气液两相混输流动中,由于段塞流与其他流型均有联系,从段塞流出发建立模型可以使不同流型下的计算模型得到统一。基于段塞流建立气液两相流动量方程和连续性方程,完善模型对气泡和液滴夹带的处理。建立模型的闭合关系式,对关键参数(壁面及气液相间水力摩阻系数、液塞平移速度、平均液塞长度)的计算闭合关系式进行优选,得到适用于模型的闭合关系式,同时,对液滴和气泡的夹带给出夹带条件及相关参数计算式,最终建立基于段塞流的通用气液两相流模型。使用3组不同来源的实验数据验证了模型计算压降和持液率的准确性,实验数据分别来自中国石油大学(华东)、大庆油田实验基地的气液两相流实验以及国外研究人员的实验研究,包含各个气液流型。模型具有较高的计算精度,优于未经关系式完善和优化的原始模型,大部分压降及持液率参数的计算误差在±15%以内。     

测量水平管道液塞速度和长度的差压波动分析法

分析了压力波动信号互相关求液塞速度存在的不足,引入了差压波动分析法,明确了液塞到达和离开上、下游测压点的时刻与差压波动信号起峰点及落峰点位置的关系;分析了电导探针信号、差压信号和压力信号互相关所求得的相关速度的含义,指出差压互相关得到的是液塞运动速度,电导探针信号互相关得到的是液塞速度与液膜段界面波速度的平均值,压力信号互相关得到的相关速度具有随机性;明确了差压信号脉冲宽度为液塞从传感器上游测压点运动到下游测压点的时间间隔,脉冲宽度与液塞速度的乘积为液塞长度与差压传感器间距之和.最后,按照上述方法分类,把空气-水、柴油和机械油的试验数据的分析结果与文献中报道的液塞速度和长度数据进行了对比,结果吻合得很好.     

气液冷等离子体多相反应器基础研究与应用进展

等离子体作为物质存在的一种基本形态,因其特有的高活性而不同于固、液、气三种形态,逐渐应用于多个领域,并发展成了一门新兴学科。由于冷等离子体参与的气液化学反应能产生更多的活性物质,而且液体的流动性能够强化活性物质的传递,因此,气体放电产生的冷等离子体与液相反应在许多领域表现出重要的应用价值,更具有探究意义。综述了几种冷等离子体的放电形式以及表征技术,重点阐述了气液冷等离子体多相反应器的不同结构以及应用,并对气液冷等离子体技术发展进行了展望。     

闭式重力热管的强化传热研究进展

重力热管具有传热性能优良、工作可靠、结构简单、制造方便、成本低廉、热流密度可变性、二侧热阻可调性等优点,使其应用领域不断增加。但随着能源的高效利用和强化传热技术的进一步发展,在某些特殊场合,普通重力热管满足不了传热和冷却的需求。为了从根本上提高管内的沸腾和凝结换热系数,提高重力热管的传热能力,科学研究者提出了多种强化传热的途径。文中主要从改变热管自身表面结构强化传热、热管内插件强化传热、多相流强化传热3个方面,综述了近年来闭式重力热管强化传热的途径及强化传热的效果,并对今后重力热管的强化传热研究的方向进行了展望。