水平管内伴有悬浮床的冰-水两相流动特性

用当量直径为12mm的碎冰，管径为49．7mm的水平管路在低流速范围进行了冰—水两相流的输送实验，主要对伴有悬浮床的冰—水两相流动特性进行了实验和理论研究。对比实验采用比重与冰相近的聚苯乙烯颗粒—水两相流。研究结果表明，冰颗粒之间的粘性作用是引起冰—水两相流压降变化和非牛顿流体特性显示的重要因素，而且针对伴有悬浮床的冰—水两相流的非牛顿流体特性，提出了计算其输送压降的新方法。     

表面活性剂对气液两相螺旋管流流动特性的影响

为了考察阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对气液两相螺旋管流流动特性的影响,该文用实验研究了不同浓度的SDS溶液体系气液两相螺旋管流的流型转变及压降规律。实验装置为由有机玻璃圆管制成的长2 m内径23 mm的实验段,以SDS水溶液和空气为实验介质,气液相折算流速均为0―2.5 m/s,SDS溶液质量浓度10―90 mg/kg,螺旋流由5种不同型号的金属螺旋叶轮诱导产生。利用直接观察和高速摄像相结合的方法观测流型的变化,并用液柱式压差计测量实验管段上下游间压差,实验在常温常压条件下进行。实验共得到螺旋线状流、螺旋波状分层流、螺旋轴状流、螺旋弥散流4种流型,与未添加表面活性剂体系相比较,并未得到螺旋泡状流和螺旋团状流这两种流型。同时,随着SDS溶液浓度的增大,气液两相螺旋流逐渐向螺旋弥散流流型转变,这是因为低浓度的SDS溶液随着其浓度的增大,气液界面张力逐渐减小,而气液掺混程度则会不断增大。此外,与未添加表面活性剂体系相比较,添加了SDS体系的气液两相螺旋管流压降梯度将会减小。最后,阐述了气液两相螺旋管流强化天然气水合物生成的研究及应用现状,并针对多相流研究现状,提出了气液两相流相间传热特性应成为今后研究热点等建议。     

以叶轮起旋的气液两相螺旋流摩擦阻力特性实验研究

该文对以叶轮起旋的水平管内气液两相螺旋流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究,水平实验管段为内径23 mm,长度为2 m的有机玻璃管,实验工质为空气和水,气相折算速度为0 m/s–3 m/s,液相折算速度为0 m/s–1.5 m/s。主要研究了流速以及叶轮参数对压降的影响,对比分析了气液两相非旋流与气液两相螺旋流的压降特点,实验结果表明:流体流速是管内摩擦阻力特性的重要影响因素,随着气相折算速度的增大,管内压降逐渐增大。叶轮参数对压降亦有较大影响,随着起旋角度的增大或者随着叶片面积的减小,压降均有逐渐变大的趋势。与气液两相非旋流相比,气液两相螺旋流的压降进一步增大;且随着气相折算流速的增加,螺旋流的压降增大速度要高于非旋流。最后,基于Lockhart和Martinelli方法,根据实验数据建立了气液两相螺旋流压降计算模型,研究结果表明理论值与实验测量值吻合较好。     

卧底管-立管系统严重段塞流瞬态数值模拟

该文对卧底管系统采用分层流理论模型,立管系统采用分相流理论模型,考虑立管内摩擦压降,结合漂移流速度模型,对初始条件提出一种不需要经验模型的方法,建立了卧底管-立管系统气液严重段塞流的一维瞬态理论模型。对下倾管-垂直立管/悬链线立管两类系统,将数值模拟结果与文献中的实验结果进行对比,研究表明该理论模型对严重段塞流周期和压力波动幅值的数值模拟结果与实验结果吻合良好,而且能够成功地模拟实验中发现的四类流型。在此基础上,利用理论模型进一步对严重段塞流压力波动与周期,立管内气液流体速度、含气率及质量分布特性等进行了数值模拟分析,获得了这些流动参数的变化规律。     

垂直下水管中气液两相流动特性分析

由于山区水资源空间分布不均,我国边远山区存在结构性缺水的问题。低落差河流环境下液气泵系统是解决该问题的一个有效方案,而垂直下水管及其涉及的气液两相流动特性是其重要的组成部分及关键技术。基于提出的均相流模型和多工况试验数据,对垂直下水管中的气液两相流运动特性进行了进一步研究。重点研究了能够反映垂直下水管中的气液混合程度的关键参数与各个影响因素之间的关系。通过试验结果与解析解的对比,进一步分析并论证了均相流模型存在的不足和试验设计的欠缺之处,为垂直下水管道直径的选取提出了建议。     

虹吸管气液两相流压降特性试验

通过系列试验量测了不同安装高度、不同水位差时虹吸管水平管段的压降、含气率及过流量,探讨和分析了虹吸管气液两相流压降的变化规律及气液两相流流型不同时影响管道压降的因素。结果表明,气液两相流管道压降与液相满流时压降规律相同,即压降值随管道水头的增大而增大;但是,与液相有压管流不同,水位差一定时压降值随安装高度的增大而减小。当虹吸管内为气泡流时,气泡存在对沿程阻力系数λ影响很小,可忽略不计。管道实测压降小于计算值的原因是气液两相压降减小率等于流速减小率。当虹吸管内为过渡流和气团流时,气液两相压降减小率与流速减小率相差较大,实测压降的减小不仅与流速减小有关,含气率的大小对气液两相压降的影响也不可忽略,含气率的增大使气液两相流动阻力增大,即压降增大。     

以纽带起旋的气液螺旋流实验研究

鉴于气液两相螺旋流在实际中的重要作用,且目前国内外对其鲜有研究报道,该文以空气和水为实验介质,利用高速摄像机对以纽带为起旋装置下的水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究.实验研究发现,存在螺旋波状流、螺旋泡状流、螺旋轴状流和螺旋弥散流四种典型的流型,并着重讨论了纽带的扭率对流型转换边界和流动压降的影响.该实验研究为今后对气液两相螺旋流的研究奠定了基础.     

水平井筒变质量分散泡状流压降的理论与实验研究

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别，可以预知常规水平管流的压降计算方法对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展。本文对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程，考虑管壁存在人流或出流对于分层流流型压降的影响，得到水平井筒气液两相变质量流动分散泡状流流型的压降计算方法。同时，设计并建立了水平井筒流体流动模拟实验装置，在轴向为气液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的压降实验研究，获得了大量的实验数据。实验数据和理论计算结果吻合很好，这表明该计算方法具有实际应用价值。     

水跃对水平管弹状流压力降的影响

本文对气、液两相分别应用一维形式的质量守恒方程和动量守恒方程。假设各流动物理量在水跃面上具有第一类间断点,推导出水平管弹状流中水跃压降的表达式。对以水和空气为流动介质,内径为２５．８ｍ,５１,２ｍｍ和３００ｍｍ的三种管道,在液相表观流速为１．１１ｍ／ｓ,气相表观流速为２￣１０ｍ／ｓ的范围内,计算出了水跃压降的大小随Ｌｏｃｋｈｒｔ－Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ参数的变化关系,分析了水跃压降对水平管弹状流摩擦     

气体/高黏液体两相间歇流动时液相含率的变化特性研究

准确地获取气液流动过程中相含率的变化,可以帮助监测长距离混输管道中的流态转化、流量波动以及压力脉动等。该文基于不同工况下的实验数据研究了水平及倾斜管中气体/高黏液体两相间歇流动时液相含率的变化特性。研究结果揭示了水平、垂直和倾斜管路中液相含率的影响因素,即黏度、倾斜角度、混合雷诺数和弗劳德数等。同时,发展了一种无量纲指数形式的相含率预测模型,误差分析表明模型预测结果与实验测试数据较为一致。     

Analytical and Experimental Investigation of Flow Distribution in Manifolds for Heat Exchangers

The prediction of flow distribution in flow manifolds is important for the design of heat exchangers. The pressure drop along the flow in the header is the most influential factor in flow distribution. Various continuous models available in literature have failed to satisfactorily predict the pressure distribution in the headers of the flow manifolds. In this article, a discrete model matching the real physical phenomena has been proposed, to predict the pressure distribution in headers. An experimental evaluation of relevant flow characteristic parameters has been carried out to support the discrete model calculations. The validity of the theoretical discrete model has been performed with experimental results, under specific conditions. Refined experimental probes, for pressure heads with ultrasonic measuring devices, have been used to obtain accurate results. The experimental results fully substantiate the soundness of the theoretical prediction. In addition, the advantage of the ability to accommodate local disturbances in the discrete model has been pointed out. The effect of some local disturbances may be substantial. As a result of the analysis presented in this article, improved designs of flow manifolds in heat exchangers can be realized, to assure operation safety under severe operating conditions.     

瞬态压力分析方法在小型压裂地应力测试中的应用

小型压裂地应力测试是最可靠的深部岩体原位地应力状态测量方法,裂缝闭合压力等于最小水平主应力,故确定裂缝闭合压力是小型压裂测试分析的关键。小型压裂法分析基础为一维流体模型,考虑在一个竖直井旁产生交叉的垂直裂缝,该裂缝具有有限或无限的导流能力,这就自然引入了瞬态压力分析(PTA)的概念。尽管PTA方法已经广泛应用于石油/天然气行业,但在岩石力学工程的小型压裂测试分析中是新引入的概念,少有相关研究。首先回顾了瞬态压力分析的基本原理及其在小型压裂地应力测试中的应用;其次用偏微分方程描述小型压裂地应力测试过程中的压降过程,不同的流体状态代表张开状态的裂缝、正在闭合的裂缝以及闭合后的裂缝;这些不同的流体状态可以在压力导数曲线中表现出来,并利用这些特性识别裂缝的闭合压力;最后结合某深埋隧道小型压裂地应力测试,采用PTA方法分析确定了最小水平主应力,并与其他分析方法作了对比,为隧道工程小型压裂地应力测试分析提供一定的参考。     

喷嘴与水平圆管的气－液两相流动阻力特性

本文应用一维变密度气－液两相流动量方程于喷嘴和水平圆管的气水两相流动，建立了喷嘴进出口压力及流速之间的关系，将动量方程在有限管道长度内积分，从而可由试验测得的压力差计算通过水平回管的气－液两相流阻力系数，并在大量试验的基础上建立了考虑截面含气率的喷嘴动量修正系数的相关关系式和水平因管中气水两相流阻力系数与雷诺数之间的关系式。     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

圆管流掺气减阻理论研究

本文研究了圆管中气液分层层流、分层紊流及掺气混合紊流情况下的阻力减小规律。理论研究表明，圆管中的气液分层层流、分层紊流，即在近壁层内充以空气，可以在相同的水流量下，使阻力下降，实现减阻。而掺气混合紊流时，只有当壁面附近的含气浓度大于圆管中心处的含气浓度时，才能在相同水流量下，使阻力下降，实现减阻     

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。     

竖井式水平旋流洞含气水流模型相似律

针对竖井水平式旋流洞通气孔模型试验中通气量和掺气水流的含气率在进行原型数据换算中存在的问题,考虑到空气可压缩性,通过对气液两相流基本方程的相似理论研究,导出原模型的力学相似律.在进一步研究竖井水平旋流洞模型相似律的基础上,推导出竖井式水平旋流洞原、模型通气管截面积的换算关系和原、模型含气率分布的换算关系.将所得理论公式应用于公伯峡水电站竖井式水平旋流式泄洪洞模型试验,并为原型观测结果所证实.     

流量实时监测代表垂线法应用探讨

代表垂线法具有提升水文监测技术手段和防汛测报的快速反应能力,提高通航河道监测效率,简化测验方法等特点。通过从流速仪精测法实测流量中筛选出代表垂线,对实测垂线平均流速与实际断面平均流速进行横向比较,经过误差分析,确定垂线的平均断面流速和实测断面平均流速之间相关关系。经数据检验后,结果满足《水文资料整编规范》标准要求。代表垂线法可以提高流量测验效率,缩短在中高水期间通航河道流量监测时间,实现流量实时监测,为防汛救灾指挥部门提供及时、准确的水情信息。     

曝气池内气液混合液两相流力学特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型对曝气池内气液两相流力学特性进行数值模拟研究。速度与压力的耦合求解采用了Phase-Coupled-SIMPLE算法。对中心截面(y=0.025 m)在(z=0.71 m)测线上垂向速度的模拟值与实验值进行比较分析,结果吻合较好。结果表明:当表观气速较小时,进口气速对曝气池上方混合液的垂向速度影响较小;当表观气速较大时,整个曝气池中心截面(y=0.025 m)呈现中心垂向速度大,靠近两侧边壁的垂向速度小,且为负值的规律。并且发现气泡在上升的过程中由于附壁效应容易产生摆动,表观气速越大,附壁效应越明显。通过对曝气池内不同气体速度下池内力学特性的分析研究,以期对曝气池的设计运行提供参考。