基于波理论的涡街流量计雾状流测量模型

建立了雾状流条件下涡街流量计的修正模型。雾状流中液相的存在会导致涡街流量计的测量误差,通过将以往研究者在单相流中对Karman涡街现象的认识及取得的研究成果作为基础,并结合实验流体本身所具有的动力特点,利用Karman涡街波传递的理论分析了非定常不稳定的雾状流流场中的Karman涡街现象,构建了双向耦合的气液两相流动力学模型。试验结果显示,当液相体积含率从0～0.13%变化时,模型修正后的结果与实际值较为接近。     

喷嘴雾化参数轨迹图像法测量实验研究

针对喷嘴雾化多参数同步测量问题,提出了基于图像处理的喷嘴雾化角、雾化细度、液滴运动速度及分布参数测量方法,利用背光阴影成像技术搭建了喷嘴雾化参数测量系统,建立了基于轨迹图像法原理的喷嘴雾化参数图像处理流程与算法,利用标准颗粒测量验证了该方法对颗粒粒径测量的精度,并开展了不同孔径与压力下扇形喷嘴雾化参数同步测量实验研究。结果表明:当雾化压力不变,扇形喷嘴孔径从0.66 mm变为1.10 mm时,雾化细度与液滴平均运动速度分别增加26.82%、10.42%,而雾化角随扇形喷嘴孔径增大而减小16.66%;当扇形喷嘴孔径不变,雾化压力从0.1 MPa增加到0.4 MPa时,雾化角与液滴平均运动速度分别增加47.71%、95.10%,而雾化细度随雾化压力增加而减小44.23%。这为雾化液滴特性研究与喷嘴性能评估提供了有效手段。     

基于T形共流聚焦法的液滴生成技术

针对传统流动共聚焦法两相流注入结构复杂,外部封装体积大的问题,本文开展了毛细管中微液滴生成的相关技术研究,借助商品化T形管,提出了一种基于T形共流聚焦结构的液滴生成方法。该方法不但简化了两相流的注入结构,较好地解决了封装难的问题,而且便于对液滴生成的相关参数开展进一步研究。对于液滴生成的相关参数,本文深入研究了液滴生成中液滴尺寸、流速比和生成频率之间的关系;通过正交试验深入研究了流速比、出口锥角角度和出口管径对液滴均一性的影响,其影响的主次顺序为：锥角角度＞流速比＞出口管径,在最优参数锥角角度为4°,流速比190∶1,出口管径72μm的条件下,所生成液滴平均体积为8.3nL,生成频率0.7Hz,均一性0.011。     

界面探针法测量液滴与固体壁面间相互作用力

液滴与固体壁面间相互作用力的测量与研究是深入理解润湿机理、调控受限空间内多相流动行为的基础。以液滴轮廓形变为原位微作用力探针,通过拍摄并分析液滴与固体壁面作用过程中轮廓形态变化实现了液滴与固体壁面间相互作用力的测量,测量结果与商用精密微作用力测量仪结果符合良好。相较近年来文献报道的原子力显微镜(AFM)与表面力仪(SFA)测定方法,本方法无须借助外部精密机械探针,具有操作简单、过程可视、成本低廉、不受研究对象透光性限制等优势。最后利用本方法测定了水相环境中十四烷液滴靠近与远离固体壁面时所受的作用力,考察了水相组成对作用力的影响,并发现液滴与壁面间的总斥力仅取决于液滴的形变能力。     

液滴形状法测量纤维接触角的研究

介绍了液滴形状法测量单根纤维接触角的基本原理 ,利用显微镜观察液滴的形状 ,将数据输入根据Young Laplace方程编写的程序中计算出接触角。通过实验验证 ,该法简单可行 ,可以有效的表征 0～ 60°的纤维表面接触角。     

大型喷雾粒径分布的图像法测量

雾化技术在能源、化工等领域应用广泛,研究雾化机理和优化雾化喷嘴性能的前提是对其雾化液滴尺寸及粒度分布进行准确有效的测量和表征。目前常用的雾化液滴粒度测量技术,如基于光散射或衍射原理的激光粒度仪和相位多普勒分析仪等,能够较准确地测量粒径分布比较窄、最大粒度在2000μm以下的喷雾,但对含特大颗粒且粒径分布很宽的喷雾,往往难以得到可靠结果甚至不可能进行测量。本文提出了用图像法测量这类大流量喷雾,构建了图像法测量系统,编写了图像处理程序,经标定实验后,采用该系统对某喷嘴喷雾液滴粒径分布及规律进行了测量研究。研究结果表明图像法可用于大型喷雾液滴粒度及分布的测量。     

基于改进互相关法的气固两相栓塞流速测量

在双截面电容层析成像（ECT）系统测量气力输送过程中栓塞流速度的应用中,利用动力学相关因子指数检测电容信号的均值突变,根据突变点设置时间窗以提取上下游信号,将所选信号映射成二值图像,并进行数学形态学闭运算处理,对处理后的图像进行二维互相关计算,估算出栓塞流速度。实验结果表明了该方法的有效性,和传统互相关法相比,改进互相关法可有效提取有明显波动特征的信号段,并通过二维图像互相关计算提高了互相关法的稳定性,从而提高了ECT技术在线测量两相流的准确性。     

热敏荧光法用于蒸发液滴近接触线的温度测量

探究静置液滴蒸发的动力学原理在众多的相关工业应用中举足轻重。在过去的数十年间,尽管相关领域的学者进行了大量的研究工作,但仍有一个关键的问题尚未解决,即液滴接触线附近的温度在蒸发过程中到底是如何变化的。通过直接测量的实验方法,报道了液滴在接触线固定不动的蒸发阶段,其接触线附近温度的详细变化过程。利用显微热敏荧光测温技术,其结果表明：液滴接触线附近自由界面的温度将沿径向发生急剧变化,并伴随一组在蒸发过程中不断发生演变的荧光同心圆环,这种荧光条纹带是由于液滴边缘的几何差异性所导致的局部强化蒸发冷却与一组热浮力驱动的对流辊相互作用产生的结果。本研究将为蒸发动力学提供新的认识,并有望在各种对传热系统的应用领域中促成新的进展。     

大型喷雾粒径分布的图像法测量

雾化技术在能源、化工等领域应用广泛,研究雾化机理和优化雾化喷嘴性能的前提是对其雾化液滴尺寸及粒度分布进行准确有效的测量和表征。目前常用的雾化液滴粒度测量技术,如基于光散射或衍射原理的激光粒度仪和相位多普勒分析仪等,能够较准确地测量粒径分布比较窄、最大粒度在2000 μm以下的喷雾,但对含特大颗粒且粒径分布很宽的喷雾,往往难以得到可靠结果甚至不可能进行测量。本文提出了用图像法测量这类大流量喷雾,构建了图像法测量系统,编写了图像处理程序,经标定实验后,采用该系统对某喷嘴喷雾液滴粒径分布及规律进行了测量研究。研究结果表明图像法可用于大型喷雾液滴粒度及分布的测量。     

基于图像分析方法的颗粒粒度测量

为了满足颗粒粒度测量的要求,研究开发了基于颗粒图像的颗粒体粒度测量系统。系统由硬件和软件两部分组成。硬件系统主要由图像采集和显示设备构成,可完成颗粒图像采集、存储和显示功能。软件系统由自主开发的基于Matlab环境的颗粒图像处理与分析程序组成,可完成颗粒图像的处理、颗粒粒度分析及分析结果显示等功能。颗粒测量结果表明,该系统完全可以满足颗粒粒度测量的要求,并具有测量精度高、效率高等特点。     

基于环雾流理论的气井临界流速预测模型

井筒积液是伴随气井生产的常见现象，积液会导致气井产量降低，严重时甚至会使得气井停产。精确的积液预测有助于及时采取措施以减少积液带来的危害，而临界气体流速是气井积液预测的关键。回顾了气井积液预测的相关研究，指出了最小压降模型、液滴模型的局限性，基于现有实验观察认为液膜模型有较好的适用性。考虑到斜井中液膜周向不均匀分布及气相核心中液滴夹带，提出了更符合实际的环雾流模型用于不同管径、不同井斜角下的气井积液预测。基于以往室内实验数据和现场生产数据，将新模型与现有6种积液预测模型进行对比评价。综合考虑模型预测结果正确率及预测误差，认为新的环雾流模型较其他模型预测结果更优，可准确方便地对气井积液进行预测。     

环状流液滴夹带率测量方法及分析

针对气液两相环状流液膜参数溯源问题,设计了一种液膜在线提取装置和基于液膜质量流量测量的夹带率测量方法。该装置利用超声波测距传感器对储液箱液位进行实时监测并反馈至控制系统,利用单片机控制抽气泵开关实现对环状流多孔渗水介质管段内外差压调节控制液膜析出速率,使用换向器实现计量和废液管路切换并记录两次切换之间的时间间隔。利用精密电子天平对取出液膜进行称重测量,结合记录时间和液相质量流量计测量结果实现液膜质量流量和液滴夹带率等参数的测量。在小口径高精度气液两相流模拟装置进行了75组实流验证实验,并结合两种典型夹带率模型预测结果对测量系统进行了科学评价。研究结果表明,液膜质量流量和液滴夹带率测量结果可溯源,测量准确度高,为研究气液两相环状流液膜流动特性提供了一种可靠的实验测试方法。     

确定喷雾干燥中雾滴粒度分布的轨迹分析法

由于喷雾干燥中雾滴的运动较复杂，所以目前多是通过实验测量来确定雾滴粒度分布，有限多不便因素。通过模拟粒子受力情况以及与空气的传质传热，采用时间增量法和拖动坐标系逐步跟踪粒子的运动轨迹，建立数学模型，再结合实验中样板取样所得到的数据，即可确定喷雾干燥中雾滴粒度分布。     

水平管环状流液膜厚度与波动参数分布

环状流是常见的一种气液两相流流型,基于双平行电导探针阵列传感器设计了环状流液膜动态测量系统,以水和空气为介质,进行了气相表观流速15~35 m/s、液相表观流速0.1~0.4 m/s范围内的水平管环状流周向液膜测量实验,分析了水平管环状流的液膜厚度、相界面波动参数的空间分布与发展变化规律。结果表明,水平管环状流底部液膜厚度随气相表观流速的增加而减小,随液相表观流速的增加而增大,但在高液相表观流速时有饱和趋势,对应条件下周向其他位置的液膜厚度持续增大,尤其在45°位置显著增大,下半周液膜分布趋于平缓;由底部到顶部,液膜波速和波频在周向上均呈逐渐减小趋势,与液膜厚度的分布规律一致,大幅度的扰动波主要分布在底部;底部液膜波速和波频随气相表观流速增加而增大,液相表观流速增加时,波速随之增大,但波频无明显变化,对应波长增大。     

"大肚子"环空液体流动规律的实验研究

针对现场固井在"大肚子"环空段封固质量较差的情况,本文研制了含有"大肚子"环空段的注水泥(液体)流动模拟实验装置。利用该装置,研究井径扩大率、流量、液体流变性能等对"大肚子"环空处的流速场的影响规律。得到了不同情况下(井径扩大率、流量、液体流变性能等变化)"大肚子"环空段不同位置径向截面的流速曲线变化情况,为研究"大肚子"环空段的顶替机理提供了一定的数据资料。     

Relationship between the size of mist droplets and ethanol condensation efficiency at ultrasonic atomization on ethanol–water mixtures

High‐frequency (2.4 MHz) ultrasonic irradiation to an ethanol–water mixture can induce the generation of ethanol‐rich mist droplets at lower temperatures. Two groups of droplets in micrometer‐ and nanometer‐sized were observed in the mist generated by the ultrasonic atomization. Nanosized droplets were considered to be ethanol‐rich droplets which cause ethanol condensation. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2010     

Deformation of an oil droplet on a solid substrate in simple shear flow

Displacement of immiscible fluids is important in sub-surface processes such as enhanced oil recovery, oil sand processing and detergency. In this study, simulation of an oil droplet deformation on a solid substrate in simple shear flow has been carried out using computational fluid dynamics tool (Fluent 6.3) and the shape of the oil droplet is compared with that of the experimental observation. The dynamic behavior of a two-dimensional oil droplet subject to shear flow in a closed channel is considered under the condition of negligible inertial and gravitational forces. The volume of fluid method is used in Fluent to determine the dynamics of free surface of the oil droplet during the fluid flow. The oil droplet deformation increases with the increase in capillary number, Reynolds number and size of the oil droplet. The deformation of an oil droplet attached to channel surface in simple shear flow is studied experimentally in laminar flow through visual observation using microscope (Ziess, SV11 APO) with high speed camera (PCO). Aniline and isoquinoline was used to form oil droplet and distilled water was used as shearing fluid. The deformation of aniline and isoquinoline droplets was recorded using a high speed camera connected to a PC. The recorded image was replayed and the deformation of aniline and isoquinoline droplets was analyzed using Axio Vision software and compared with the results obtained from CFD simulation. The deformation of different sizes of aniline and isoquinoline droplets at different flow rates of shearing fluid and with time are well predicted by the CFD simulation.     

基于流量校准的吸附测量方法及误差分析

多孔吸附材料广泛应用于分离提纯、气体储存和工业催化等领域,吸附等温线的测定对研究吸附性质具有重要意义。针对传统容积法易受管路温度均匀性影响的问题,介绍了一种基于流量校准的吸附测量方法。分析了两种方法的误差传递,并对比了结构参数、物性参数和仪表精度对测量结果的影响。分析结果显示,增大校准球体积和样品室容积可提升传统容积法测量精度,提升样品量、比过剩吸附量、密度和仪表精度,可提升两种方法的测量精度。相比传统容积法,基于流量校准的吸附测量方法误差因子数量更少,可实现更低的测量误差。研究成果对提升容积法吸附测量精度具有指导意义。     

Study on pressure drop characteristics of gas-liquid swirl annular flow

Considering the influence of swirl attenuation, the pressure drop characteristics of gas-liquid spiral annular flow are studied, and the pressure drop prediction model of spiral annular flow is deduced. The swirl-straight ratio of pressure drop is defined as the ratio of pressure drop of swirl flow to straight flow, used to characterize the effect of swirl decay on pressure drop. The expression of swirl-straight ratio of pressure drop is derived by the method of dimensional analysis, and it has a strongly dependence on Lockhart-Martinelli coefficient and gas phase Froude number. Finally, the prediction model of pressure drop for gas-liquid swirl annular flow is obtained. The pressure drop characteristics of the swirl annular flow are experimentally studied in a horizontal tube with an inner diameter of 50 mm. The range of the gas superficial velocity is 10—16 m/s and the range of the liquid volume fraction (LVF) is 0.6%—4.8%. Through comparison with experimental data, the relative error of the pressure drop prediction model is within ±15%, which provides a method reference for engineering applications.