油水两相流系统可视化应用研究

油水两相流在密封管道中的流动现象是不可见的,将其真实流动现象可视化将为科学发现和控制决策提供非常有价值的信息.采用Real Flow模拟两相流液体流动,应用并行双曲面函数Multiquadric插值方法对检测数据图像重构后的稀疏矩阵插值以加强对图像细节的显示,并结合C4D软件中的灯光和材质对两相流系统液态流动效果进行制作.结果表明应用改进的径向基插值算法能解决检测数据稀疏的困扰;将RealFlow和C4D平台交互应用能真实有效的模拟两相流四种流型的连续动态过程,其结果真实自然.     

小尺度垂直管内气液两相流型及转换界限研究

采用高速摄像仪(CCD)对垂直上升管(内径3 mm和5 mm)内空气-水两相流进行可视化研究。在实验范围内,拍摄到了泡状流,弹状流,扰动流,段塞流和雾状流5种典型流型图像;两种管径下气液两相流流型及流型转换界限不同,且5 mm管的流型转换区域与Mishima-Ishii模型相似;3 mm管道的转换边界与Akbar等模型具有一定的一致性。     

多孔介质通道气液两相流型及压降特性研究

通过高速摄影仪研究多孔介质通道内气液两相流体垂直向上流动的流型,在实验参数范围内依次拍摄到泡状流、弹状流、脉冲流、雾状流4种典型流型,并总结了各种流型的特征。依据实验获得的两相流动阻力数据,分别对分相模型阻力关系式和均相模型阻力关系式进行了拟合,得到了适于实验特点的两类阻力关系式。改进后的两类模型均与实验数据实现了较好的吻合,但模型关系式定义中包含了影响阻力压降各要素的均相模型具有更高的预测精度,且该模型物理意义更加清楚,可以优先用于多孔介质通道气液两相流动的阻力计算。     

水平井气水变形泡状流测井分析模型实验研究

变形泡状流是水平井气水两相石油开发测井过程中最为常见的流型之一,为建立适用于此流型的测井分析模型.在16 m长、可任意倾斜的透明实验环路上,以空气和自来水为介质,利用实际测井仪器串,对井斜75°～90°达到稳定的气水变形泡状流动进行实验测量,通过把握实验过程中变形泡状流的流动特性及机理,选择以漂移流动模型为基础进行理论推导修正.基于实验数据的模型检验证明,实验数据符合修正后模型反映的流动规律.依据实验数据计算的相分布系数与漂移速度系数,体现了水平及近水平井眼中仪器串对井筒内原有流动状态的干扰.分析模型能同时反映水平井气水变形泡状流测井过程中的流动机理以及仪器测量对流型的影响,适用于水平井气水变形泡状流测井解释.     

用格子Boltzmann方法模拟圆柱绕流的振荡边界层

提出了一种用于模拟圆柱绕流的振荡边界层流动的新方法--旋转系统平均法.该系综由一些相同的系统组成,每个系统除使用不同的网格外,具有相同的流动.经模拟圆柱绕流的振荡边界层发现,流体质点的流动具有平行于振荡方向离开圆柱、竖直于振荡方向流向圆柱的特点,同时也发现在紧邻圆柱出现的被称为二次流的4个涡旋流动现象.数值模拟结果符合经典的理论结果.该方法也可用于其他圆柱绕流问题.     

SL型静态混合器的改进结构与两相流分析

提出了一种SL型静态混合器的改进结构,对其内部结构加以描述,并对其中两相流的流动场进行分析.考虑实际装置结构内部两相流流动状态下参数之间的相互关系,对其进行理论研究.两相流通过改进的静态混合单元受到撞击、形成分离、绕流以及融合,持续加强混合效果.通过对真实湍流流态所做的解析,可为进一步完善SL型静态混合器的改进结构与参数的选择及优化提供依据.     

一种利用外轮廓配准的活塞侧面缺陷检测方法

为了有效地对活塞侧面进行缺陷检测,根据两个相同型号和规格的活塞在相同的光照及角度下拍摄得到的图像极其相似的特点,提出了基于外轮廓配准的活塞侧面缺陷检测方法。该方法分为四步:第一,在特定的光照条件下,对不同型号和规格的标准活塞进行多角度的图像采集,建立标准模板库;第二,利用尺度不变特征转换算法,根据外轮廓特征点对模板图像和待检测图像做图像配准,找到两幅图像相对应的区域;第三,用相同大小的滑动窗口分别对两幅图像的相对应区域进行遍历,提取窗口内的特征,包括灰度均值、灰度方差、垂直投影、水平投影;第四,通过比较两个窗口内的特征值,判断窗口内是否存在缺陷。结果表明,该方法能够有效地检测活塞表面缺陷及确定缺陷位置,准确率约为94.78%,具有较强的实用性。     

粒子图像测速技术在两相流测量中的应用研究

为实现对两相流中各相速度的同步测量，提出了一种两相流数字粒子图像测速(PIV)方法.该方法选用合适的示踪粒子显示液体的运动，并用高速摄像机采集气液两相流动数字图像.从图像处理着手，根据图像灰度的不连续性和相似性，对采集到的两相流数字粒子图像进行分离，实现液体示踪粒子和气泡的标定.最后采用基于改进了的互相关算法得到液体流场速度分布，同时利用跟踪法得到气泡的速度分布，并对液体速度场中产生误矢量的原因进行了分析，消除了误矢量.经实例研究表明，该测量方法对硬件的依赖性小，测量成本低，可进一步推广至气固两相流的测量.     

浪流条件下月池内流体活塞振荡特性实验研究

在浪流实验条件下研究了圆形月池内流体的活塞振荡特性.在浪流的条件下,月池内的流体在不同波浪周期时表现出不同的活塞振荡特性.通过对实验现象及结果的分析,认为在浪流条件下月池内流体的活塞振荡存在着某种分岔现象,当波浪频率相对于月池内流体活塞振荡固有频率为低频时,月池内流体的振荡为强迫振荡,以浪流遭遇频率进行振荡;当浪流遭遇频率不变,波浪频率略有变化,在某一临界值附近时,月池内流体的振荡发生突变,表现出类似于自激振荡的特性,并以活塞振荡固有频率进行振荡.在来流为浪流时,月池内流体的活塞振荡特性由波浪频率和月池内流体活塞振荡固有频率构成的无量纲的Cf所决定,对于该值存在着临界值Cfe,当Cf>Cfe时,月池内流体的活塞振荡类似于自激振荡的特性;当Cf相似文献   

振荡热管中气液两相运动的数值模拟

为了从流体流态角度对振荡热管初始化和运行过程中的气液两相流动进行研究,采用VOF(volume of fluid)方法追踪气液界面,针对界面表面张力采用CSF(continue surface force)模型并添加动态接触角、气液相变UDF(user defined function)建立数理模型,利用Fluent软件对其进行数值模拟。通过与可视化实验结果进行对比,验证了模型的精确性和可靠性。结果表明:振荡热管初始化和运行过程中,气泡的产生和形态变化是管内工质循环的重要动力;动态接触角模型能够更精准的模拟这一过程。     

放电反应器内气液两相流混合过程的数值模拟

为了研究放电水处理技术中气液两相流的混合状况,对放电反应器内气液两相流混合过程进行了数值模拟,得到最佳气液两相混合条件.通过建立混合模型,在水流速度一定的条件下,在不同的气体流速和不同的出气孔个数的条件下进行了数值模拟计算,得到了不同工况下的YZ中心截面速度分布图,YZ中心截面水体积分数分布图,XY中心截面速度矢量分布...     

高速列车齿轮箱内部流场数值模拟

为了研究齿轮箱内部复杂油气两相流的变化规律,采用数值模拟方法研究了转速及浸油深度对流场的影响.结果表明,3倍于齿高的浸油深度可以充分发挥润滑油的润滑冷却作用.在齿轮啮合区流体速度最大,不同转速条件下流体速度最大值变化规律相同,并最后稳定在一定范围内波动,且最大流体速度平均值呈线性增长.齿轮啮合区附近压力变化较大,在啮入区域形成局部高压,在啮出区域形成局部低压.随着转速的提高,高压和低压绝对值呈增大趋势,但不遵循线性关系.     

利用PIV技术研究搅拌槽内的流动特性

粒子成像测速（PIV）技术是一种新型的流动测量手段，使用这种技术能够容易地得出流场中的速度分布情况。在此基础上进行深入分析，还可以得到许多十分重要的流动参数。利用PIV技术测量长方形水槽模型中磁力搅拌器产生的搅拌流场，得到了不同断面的二维流场内的速度分布和涡量分布，通过对实验数据的分析研究，进一步得到水槽内流线和涡量的变化规律。     

超流氦中喷射流流场的PIV可视化观察

利用粒子成像测速仪(PIV)对射入到超流氦液浴中的喷射流的初始发展阶段进行观察,主要考察了流型和流场分布状况,旨在分析通过喷射流来实现的示踪粒子投放过程的实际效果及其对测量精度的影响情况.超流氦液浴温度为1.8K,示踪粒子为1.7μm直径的复合物粒子,高速相机拍摄的相邻照片间隔时间为3ms.实验中观察到的喷射流具有一抛物线形状的流型,与正常流体中观察到的喷射流具有一定的相似性.速度场分析结果也显示,射流内的速度场分布远不如正常流体中均匀和规律变化,其中存在许多局部的涡旋流.沿着射流方向上速度的波动幅度越来越小,平均速度在行进了约35mm后降至2mm/s量级.     

气液两相流波动系数及其在流型识别中的应用

为了克服已有流型识别方法受主观影响大、在线识别困难和流型识别不准确等缺点，利用对气液两相流流型影响小、压力损失小的文丘里管测量差压信号,通过计算差压信号瞬时值平均方根与平均差压方根之间的比值得到气液两相流的波动系数，提出了双参数识别气液两相流流型的方法.波动系数表明了瞬时差压偏离平均差压的程度以及截面含气率的波动程度.两相流动越不稳定，截面含气率波动越大；气液两相流各截面状态的差异越大，波动系数越大.两相流波动系数表示两相流动的波动程度，使用波动系数可以直接将分层流与其他两相流流型区别开.实验结果表明，双参数识别气液两相流流型的方法受主观影响较小，可以有效识别泡状流、塞状流、弹状流、环状流和分层流.     

基于海洋流场的多级拓扑可视化

拓扑结构分析法在侧重于考虑场的特殊结构时显示出了较大的优越性。但是将该方法应用在复杂而信息丰富的流场中时,可视化的结果可能是成簇的、混乱的,这就需要考虑一种方法来对拓扑图像进行简化。在传统拓扑可视化的基础上,采用多级拓扑的方法对可视化结果图像进行简化。首先使用传统拓扑可视化方法求得临界点,然后基于统计学的原理过滤掉可以被忽略的临界点,并绘制出积分曲线。最后将该方法应用于海洋流场,并和传统的拓扑可视化结果进行比较。实验表明,该方法可以快速的可视化流场的主要特征而不显得混乱,有利于保持复杂流场的全局信息。     

组合式粗粉分离器气-固两相流的研究

将浑江发电厂3号锅炉的原有粗粉分离器改造成新型组合式粗粉分离器。具体做法为:去掉原径向挡板,在内外筒体间新安装36片轴向挡板,下部安装两级惯性挡板,每级8片,以提高煤粉流场的均匀性和粗粉分离器的效率。用计算流体力学并结合多种多相流动理论[1],对气 固两相流体进行了研究,获得了不同条件下粗粉分离器的参数变化,并进行了现场实验。结果表明:改造后的粗粉分离器的效率提高了20%,阻力下降了500Pa。按每台锅炉年运行6000h计算,1台锅炉年节电1.8×106kW·h,约合45万元人民币。     

油水两相绝热和冷却流型与换热特性研究

通过自制热电偶、自制双平行电导探针、Labview编程系统和IMP温度采集系统等测量手段获取油水两相流内部的相分布特征,分析流型种类和流动参数与换热系数的相互影响。结果表明,管外冷却换热会影响流型分布,管外冷却换热过程中水包油、混合界面分层流以及油包水这三种流型所占的范围变小,但分层流、油包水&水包油以及水包油&水流型在流型图上所占范围变大,相邻流型之间的转化分界线偏上,向更大油速和水速趋势发展,并且换热系数与流型和流速密切相关,低流速下主要受流速的影响,而高流速下主要受流型的影响。     

基于电容层析成像和LS-SVM的空隙率测量

基于12电极电容层析成像（ECT）和最小二乘支持向量机（LS-SVM），提出了一种油气两相流空隙率在线测量的新方法.该方法运用快速的线性反投影算法重建两相流截面图像，结合模糊模式识别技术辨识流型.把ECT电容传感器得到的66个电容测量值作为空隙率测量模型的输入，利用LS-SVM建立了针对不同截面流型的空隙率测量模型.在实际测量时，首先辨识流型，然后选择与流型相对应的空隙率测量模型计算获得空隙率.该方法省去了采用传统ECT方法测量空隙率时复杂的图像重建过程，提高了空隙率测量的实时性.实验结果表明该测量方法是有效的.     

基于MATLAB的电容层析成像系统一种剖分方法的实现

电容层析成像是监测两相流动的一种新技术.它可重建两相流在其流经管道横截面上的相分布图像,而重建图像的先决条件是需获得成像系统的灵敏场分布.有限元仿真技术可以较为精确地获得在特定介质分布下的灵敏场分布,并且由于工作主要由计算机完成,数据的后期处理等都大为简化.有限元仿真技术的首要任务,是对场域进行合理的剖分.介绍了基于MATLAB的一种剖分方法的实现.在此剖分方法下,实现了电容层析成像系统的灵敏场分布的计算.