重力对垂直相分离冷凝管内流型调控的影响

随着重力的降低,冷凝换热性能急剧恶化,特别在微重力条件下,流型与传热极不协同,所需的冷凝长度要比地面常规重力情况大一个数量级。基于非能动相分离概念的适用于不同重力条件的新型相分离冷凝管,促进了流型与传热的协同,极大强化了冷凝换热。在地面常规重力、小重力和微重力情况下,数值研究了新型冷凝管内垂直上升的空气-水两相流型的调控过程。通过研究得出:在三种不同重力条件下,均呈现“气在壁面,液在中心”的全新分布模式,特别是在微重力情况下,环隙区域内完全被气体占据,液体完全在核心区域内流动;重力越小,调控后液膜厚度减小幅度越大,特别在微重力条件下,减薄到1/32;重力越小,调控后薄液膜主导的冷凝换热量提高幅度越大,特别在微重力条件下,调控后提高到57.4倍,极大地强化了冷凝换热。总体来说,重力越小,流型调控过程越有利于强化冷凝换热。     

新型外分液结构调控水平管间歇流流型

相变传热广泛存在于换热领域,而两相流中的厚液膜是恶化相变传热的根本原因。提出在换热管壁面设计新型网状外分液结构,利用金属网进行间歇流气液非能动相分离,从而调控流型、强化传热。通过搭建空气-水水平管冷态实验台,证实当间歇流经过外分液结构时,气体在表面张力作用下被金属网孔拦截,液桥和厚液膜则被分离出换热管,使管内液相减少,气相汇聚,有效增大气相与管壁的接触概率;多级分液后气液两相长度比呈振荡上升,甚至将间歇流调控为分层流。减小液速或增大气速,分液效果越好,间歇流最终转变为分层流所需经历的外分液级数越少,预期此结构可显著提高相变传热效果。     

水蒸汽在蛇管内分层流膜状冷凝

对水蒸汽在蛇管内分层流膜状态冷凝传热进行了理论分析和实验研究。根据数学模型研究了蛇管的倾斜角,曲率半径等因素对膜状冷凝传热系数的影响,由实验测定了蛇管内水蒸汽膜水冷凝传热系数,并与理论值进行了对比,两者吻合较好。     

水平管气液两相变质量流流型从分层流向非分层流的转变

基于文献中提出的针对常规管中气液两相流分层流稳定性的分析,考虑管壁入流对流型的影响,通过公式推导和分析得出了水平管中气液两相变质量流流型从分层流向非分层流转变的准则。通过室内实验研究和预测计算,分析了3种不同的流型转变准则中多个入流流量下管壁入流对流型转变的影响。研究结果表明,实际水平井筒的单位入流流量通常较小,对本地管道单元流型预测的影响可以忽略不计,但是通过不断累积,使得下游管道中流动参数发生变化,从而影响了下游管道单元中气液流动的流型。因此水平孔缝管中气液两相变质量流的流型判别可以采用常规管流型判别准则,但要分段进行。     

宽矩形硅微通道中流动冷凝的流型

对水力直径90.6 μm、宽深比9.668的矩形硅微通道中的流动冷凝过程进行了可视化研究。研究发现,宽矩形硅微通道中的冷凝,沿程主要有珠状-环状复合流、喷射流和弹状-泡状流等流型。在珠状-环状复合流区,冷凝液膜可覆盖通道竖直侧壁,而在通道长边上,仍然为珠状凝结。喷射流位置随着入口蒸气Reynolds数的增大而延后,通道截面形状对流动冷凝不稳定性也存在很大影响。喷射流之后为弹状-泡状流,弹状气泡沿程逐渐缩短,并在表面张力的作用下收缩成圆球形气泡。冷凝通道的平均传热系数将随着入口蒸气Reynolds数的增大而增大。     

基于FLUENT水平小角度分层流数值模拟研究

为了解释水平井产生测井数据,首先得了解井筒内流体的流动状态。针对水平小角度油水两相流井筒内不同流量及含水率和油相分布状态进行数值模拟并把模拟结果和实验对比,对FLUENT得出的不同流型和各种参数通过实验验证,验证FLUENT仿真时模型建立和条件选取的正确性,并通过与实验结果不相符的模拟结果查找出FLUENT条件设定时的问题所在,从而找出最恰当的设定条件。     

水平和倾斜管内气液分层流界面稳定性

A viscous Kelvin-Helmholtz criterion of the interfacial wave instability is proposed in this paper based on the linear stability analysis of a transient one-dimensional two-fluid model. In thismodel, the pressure is evaluated using the local momentum balance rather than the hydrostatic approximation. The criterion predicts well the stability limit of stratified flow in horizontal and nearly horizontal pipes. The experimental and theoretical investigation on the effect of pipe inclination on the interfacial instability are carded out. It is found that the critical liquid height at the onset of interfacial wave instability is insensitive to the pipe inclination. However, the pipe inclination significantly affects critical superficial liquid velocity and wave velocity especially lor low gas velocities.     

气液两相流破口泄漏的相分离实验研究

为研究气液两相流体通过破口泄漏时的相分离规律,设计了新型泄漏测量装置,在空气-水两相流实验环道上开展了实验研究.实验测量段水平布置,管径为40mm,采用直径为2.5mm的圆孔模拟破口.实验中出现的气液两相流流型包括波状流、环状流以及弹状流.结果发现气液两相流体通过管壁破口时会发生严重的相分离现象,相分离程度主要受小孔方位、流型等因素的影响.在环状流型下,由于周向液膜分布的不均匀性,随着小孔位置偏离管壁底部,进入小孔的液相逐渐减少,气相逐渐增多;在分层的波状流型下,当破口位于管壁顶部时,在小孔两侧差压较大时由于伯奴利效应,液相也会进入破口;由于弹状流独特的流动特性,在液塞来临时,破口两侧压力急剧增加,从而导致弹状流型下进入管壁破口的液相远大于其它流型.     

基于流型的矩形小通道内冷凝传热模型研究

为研究蒸气在矩形小通道内的冷凝传热特性,建立一种基于两相流型的矩形小通道内冷凝传热模型.新模型较以往引入较少的经验参数以降低误差,可较为准确的预测流型处于环状流、环波状流、波状流、弹状流、塞状流及分层流时的传热特性.新模型适用于蒸气质量流速35～55 kg·(m2·s)-1,蒸气干度0.1～0.9,饱和压力0.1～0....     

三维槽道的周期性层流流动与传热

应用数值模拟方法分析了以周期性方式布置不同节距比(PR=L/H)、倾角为45°挡板槽道的流动特性与传热特性。挡板在槽道上下壁面对齐布置高度比(BR=b/H)为0.2,以便在槽道内部形成一对沿流向的反向旋涡。数值模拟计算Reynolds数范围为100~1000,流体介质为空气。计算结果表明:布置斜置挡板后,在槽道内诱导产生了沿流向的旋涡流,且在测试段中旋涡流冲击槽道上下壁面和槽道一侧壁面,结果使得传热效率提高;分析了范围内平均Nusselt数比Nu/Nu₀、摩擦系数比f/f₀及传热增强系数η随节距比PR和Reynolds数的变化关系,并建立了相应的准则关系式;当挡板间节距比为0.5时,传热增强系数可达最大值3.0。     

新型复合T型管对液液二相流的分离

T型管分离器是一类新型的二相流分离器,具有集约、连续、简单、经济、安全以及安装、更新、维护方便等优点,缺点是简单T型管作为分离器在分离二相流时的分离效率往往不高,只能起到部分分离的作用。新型复合T型管是对简单T型管的一种改进,以期能提高二相流的分离效率。以煤油和水为液液二相工作介质,用主管水平,侧支管垂直向上的简单T型管和复合T型管作为二相流分离器,在分层流和有混合界面的分层流的二相流型条件下,进行二相流的相分离实验。实验结果表明:2种流型下复合T型管对二相流的分离效果都比简单T型管好,增加复合T型管的连接管数,能进一步提高分离效率;在分层流时连接管数为5管及以上的复合T就能将液液二相完全分离;入口流型中二相的混合程度越高,最高分离效率越低;水相体积分数对分离效率的影响与流型相关。复合T型管分离液液二相流技术具有很好的工业应用前景。     

高宽比对矩形通道内蒸汽冷凝传热特性及流型影响的研究

通过可视化流型观测及实验测量,研究了单边换热矩形小通道的高宽比对两相流型、平均冷凝传热系数及两相流动阻力的影响,采用高速摄像机拍摄了环状流、环波状流、波状流、弹状流、塞状流及泡状流6种典型流型。研究表明,高宽比为1：2及1：3的通道内出现流型种类较为全面,而在高宽比为1：5通道内基本无弹状流、塞状流及泡状流。1：5通道内环状流所占区域较1：2及1：3通道大,随入口蒸汽质量流速的增加,差值逐步减小。随着通道高宽比的减小,平均冷凝传热系数逐渐增大;不同高宽比通道中平均冷凝传热系数间的差值随入口蒸汽质量流速的增加而减小;蒸汽质量流速足够高时,高宽比对传热系数基本无影响。通道内两相流压降随通道高宽比的减小而增大;随着入口蒸汽质量流速的增加,不同比例通道内的两相流动压降差距逐渐增大。     

Visualization study of flow condensation in hydrophobic microchannels

A visualization study on flow condensation in hydrophobic rectangular silicon microchannels with hydraulic diameter of approximately 150 μm is conducted. Thin Au film with thickness of 200 nm is sputtered on channel surfaces to create a hydrophobic surface with an equilibrium contact angle of approximately 96°. In addition to traditional droplet flow, droplet‐annular compound flow, droplet‐injection compound flow, and droplet‐bubble/slug compound flow are also observed. The results indicate that injection location is postponed, and injection frequency increases with increasing inlet vapor Reynolds number and condensate Weber number. An empirical correlation of the injection location and injection frequency are presented and discussed. In particular, for a larger inlet vapor Reynolds number, the injection flow is closer to the channel outlet and the condensation heat transfer is enhanced. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 60: 1182–1192, 2014     

垂直放置矩形微通道内气液二相流流型研究

文章采用激光影像放大系统,对垂直放置的100μm×800μm矩形微通道内气液二相流流型进行了实验观测和研究,实验物系为乙醇-空气体系。根据实验结果绘制出流型转换图,并进行了分析和讨论。实验观测到弹状流、液环-弹状流、液环流、液环-分层流、分层流和波状流,而未观察到气泡直径小于微通道内径的气泡流,其中稳定的分层流文献中尚未见报道。     

Influence of horizontal return bend on the two‐phase flow pattern in a 6.9 mm diameter tube

The two‐phase flow pattern for air‐water mixtures inside a 6.9 mm U‐tube is reported to have curvature ratios of 3?7.1. At a lower total mass flux of 50 kg/m²·s and a quality of 0.1, or at a larger curvature ratio of 7.1, no influence on the flow patterns is seen. However, if the curvature ratio is reduced to 3, the flow pattern in the recovery region just after the return bend is temporally turned from stratified flow into annular flow. For a quality larger than 0.4, the annular flow pattern prevails in the entire tube. For G = 400 kg/m²·s and x < 0.01, the size of the plug in the downstream is usually larger than that in the upstream due to the coalesce in the return bend. This coalescence phenomenon continues to further increase the total mass flux at the lower quality region. For a total mass flux above 500 kg/m²·s, the bubbly flow pattern in the upstream region may become intermittent.     

Heat transfer and flow pattern in vertical liquid-solids flow

Wall-to-bed heat transfer in hydraulic transport of spherical glass particles of diameter 1.20, 1.94 and 2.98 mm and in single-phase flow regime was studied. Experiments were performed by transporting the spherical glass particles with water in a 25.4 mm I.D. copper tube equipped with a steam jacket.In the runs without particles, the tube Reynolds number varied between 2280 and 21,300, while in hydraulic transport runs, the tube Reynolds number varied between 3300 and 20,150. The loading ratio (G_p/G_f) was between 0.07 and 0.328, and the fluid superficial velocity was between 0.29·U_t and 2.86·U_t, where U_t represents the single particle terminal velocity. For these ratios, the voidage ranged from 0.715 to 0.895.The data for the heat transfer factor (j_H) in single-phase flow are correlated using a general form j_H=f(Re). The data for wall-to-bed heat transfer in the hydraulic transport of particles show that an analogy between heat and momentum transfer exists. The data were correlated by treating the flowing fluid-particle suspension as a pseudofluid, by introducing a modified suspension-wall friction coefficient (f_w) and a modified Reynolds number (Re_m).     

水平光滑细管内R32冷凝换热的流型特性

采用可视化的方法,对流体R32在内径2 mm 的水平光滑圆管内冷凝换热的流型进行了观测实验,实验设定的流体饱和温度为40℃,质量流量分别为100、200、400 kg·m^-2·s^-1。观测到的主要流型为塞状流、弹状流、环波状流和环状流。通过实验观察,发现随着流量的增加环状流的流型区域增加,流型由环波状流转换成间歇流的干度推迟,其分界线为一条斜线,主要是由于随着流量的增大,气液表面剪切力增大促进了环波状流的形成。借鉴量纲1准则数提出间歇流与环波状流分界线公式。将实验值与其他5种流型模型进行了对比分析,发现只有与Yang-Shieh模型比较吻合。