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。     

3级离心混输泵在气液两相流条件下流动特性分析

以深海3级离心式混输泵为几何计算模型,水和空气为研究介质,在进口含气率在0～20％条件下对泵进行三维全流道数值模拟,采用Eulerian-Eulerian非均匀流模型作为湍流计算模型,其中气相采用零方程模型.该次计算对3级泵外特性和内部气体分布、压力分布等内部流场特性.结果显示:随着含气率的增加扬程和效率均呈现下降趋势...     

竖直较大管径内气液两相流截面含气率实验研究

截面含气率是气液两相流动过程中的关键参数之一.在大管径流道内的气液两相流,弹状流难以形成,与常规通道相比,其流型特征明显不同.适用于常规通道截面含气率的一般计算方法,对于大管径流道而言,其适用性也较差.本文通过研究较大直径圆管内的气液两相流动过程,寻找适合于过渡尺寸流道内两相流动截面含气率的计算方法,从而建立起完整的、针对各个尺度范围内截面含气率的计算方法.实验选圆管直径为50 mm,介于常规通道和大通道之间;以空气和水作为工质,气相、液相折算速度的范围分别为0.05-2.0 m/s及0.01-2.0 m/s.首先利用获得的截面含气率实验数据,对适用于常规通道和大通道的截面含气率计算模型进行了评价;然后通过分析几类漂移流模型计算方法的分布系数和漂移速度的变化规律,解释了Hibiki-Ishii、Kataoka-Ishii、Kawanishi等几个模型计算误差较大的原因.     

垂直上升管气-液两相流截面含气率的理论模型

本文提出了二维二速度气—液两相流含气率模型，模型考虑了两相间的滑移及含气率和流速沿流通截面的分布，对绝热流动情况下推导出了截面含气率与容积含气率之间的关系式，模型计算结果与实验结果符合较好。     

气液两相流压力波动特性

压力波动是两相流动的固有特性，研究波动规律对实现两相流动的智能监测有重要意义。本文采用统计学原理和确定性混沌学中的分形理论，对垂直上升空气水两相流的壁面静压力波动过程进行了研究，分析了表观液速对统计特征和分形特征的影响规律，首次发现环状流内高气速时压力波动的分维数大于1．5。     

腐蚀混凝土管道气液两相流非线性有限元分析

针对市政混凝土排水管道腐蚀问题,建立带承插口和橡胶圈的气液两相流腐蚀管道有限元模型,通过在管顶沿壁厚方向对混凝土弹性模量设置不同的折减系数来模拟管道腐蚀,同时对正常管道和腐蚀管道分别进行了流固耦合和多场耦合的非线性有限元分析。结果表明:由于管道承插口的存在,接头处的等效应力会突然增大,且在两端处增大幅度更大;考虑交通荷载和土压力多场耦合共同作用使插口在底部外表面表现为压应力,承口在顶部外表面的底部外表面表现为压应力,且多场耦合作用下承插口的最大主应力明显大于流固耦合;流体对管道的作用是有限的,但在考虑交通荷载和土压力多场耦合共同作用的情况下是不能忽略的;多场耦合作用使管道在管顶和管底呈现出应力集中的现象,腐蚀管道横截面的等效应力变化更快,应力集中现象更明显。     

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。     

管道充水过程气液两相流动力学特性分析

管道充水过程涉及复杂的气液两相瞬变过程,合理分析、评价其两相动力学特性对工程的优化设计、安全运行,以及数值模拟研究具有重要意义。基于量纲分析和相似理论,建立了充水过程的气相模型相似律,认为通气孔排气过程的动力相似律可近似套用重力相似律,据此推导出了管内滞留气囊原、模型的几何比尺关系。将建立的气相模型相似律应用于南水北调北京段西四环暗涵通气孔水工模型试验,分析了充水全过程中两相流各动力学测量参数,得出暗涵合理的充水流量。最后采用定量和定性分析相结合的方法,对管道中滞留气囊对输水能力的影响进行了评价。     

坡比对虹吸管路的稳定时间影响试验研究

通过系列试验观察了虹吸管道安装高度为4 m及6 m时坡比及不同水头差下中行管路倾斜布置的虹吸管内的水气两相流动稳定虹吸时间的长短。通过试验研究发现,虹吸时间与水头差、安装高度及坡比均有关。虹吸时间随水头差及安装高度的增大而增大;在正、逆坡管路中,随着坡比的增大,管内伪空化现象逐渐减弱,稳定虹吸时间逐渐增大;坡比不变时,正坡管路虹吸时间均大于逆坡管路,各种工况下平坡管路的虹吸时间最短。     

长输水管道充水的气液两相流数值模拟

基于缓慢充水过程中管道内气液两相流的流态及其特性,在一系列合理假定的基础上,推导建立了描述充水过程的气液两相流控制方程,给出模型的求解方法和计算流程。采用南水北调工程北京西四环暗涵充水试验数据对模型进行验证,结果表明,数值模型可用于模拟"V"形复杂管道系统缓慢充水过程中管内水流和通气孔气流的两相变化过程。研究成果对长距离输水工程中通气孔、排气阀等调压设施的设计、选型,及后期管道的安全运行、维护管理等具有重要意义。     

虹吸管道水气两相流动过流能力的试验分析

通过对虹吸式输水管道输水能力的试验研究,观测到不同安装高度下的气液两相流现象。量测了不同安装高度相应水位差下的流量的大小,并分析了流量变化规律。研究发现,随着安装高度的增大,虹吸管内气液两相流流型由气泡流转化为气团流。分析原因发现在安装高度h_s=2 m时,流量减小率与面积减小率相等,表明气液两相流时过流面积小于液相满流时过流面积是流量的减小的主要原因;当安装高度h_s2 m时,流量减小率与面积减小率相差较大,表明流量的减小不仅与面积变化有关,还应与沿程阻力系数有关。掺气浓度的增大使管内压降增大,压降的增大导致了管内阻力增大,从而使沿程阻力系数增大,而导致流量减小。     

虹吸管内气团流流型时过流能力计算

该文针对非驼峰式正虹吸管道进行了系列试验,量测了不同安装高度、不同水头差时管内呈现气团流流型时的过流能力和截面含气率。试验结果表明,气团流流型下虹吸管道过流能力随虹吸管安装高度的增大而减小,不能采用常规有压管流公式计算气团流流型时虹吸管过流能力。基于试验结果分析了影响气团流过流能力的因素,结果表明气体存在对流动沿程阻力系数影响不可忽略,过流能力计算时不能直接采用单一液相流动沿程阻力系数。不同安装高度时虹吸管内过流面积减小不是导致输水流量减小的唯一因素,除了考虑过流面积减小对过流量的影响外,还应考虑含气率大小引起的μ_0或λ变化对流量的影响。结合试验结果和数值分析,推导出适用于气团流流型下伪空化现象明显、安装高度不大于8 m的水平管段较长考虑含气率大小的虹吸管流量系数计算公式,修正和完善了有压管流过流能力计算公式,经检验公式计算误差小于±7%。     

稠油-水两相水平管流压降规律的实验研究

设计和建造了内径为25．7mm,长52m的水平不锈钢多相流实验环道,尝试性地利用稠油(50℃时,粘度为1314．89mPa．s,密度为958．05kg／m^2)与水进行了油-水两相流流型和压降实验。混合流速范围为0．2m／s～1．2m／s,入口含水率范围为0．25～0．7,实验温度分别为50℃、60℃和70℃,并加入破乳剂重复了以上的实验。本文着重分析了含水率、混合流速、温度、破乳剂等因素对两相管流压降的影响规律。实验表明：流型是影响压降规律的主要因素;在不同流型下,同一因素对压降规律的影响程度也有所不同。研究结论对油田现场的油-水混输管线的设汁与安全运行具有较好的指导意义。     

水平井筒油水变质量分散流动压降研究

针对水平井筒中油水两相变质量流动,从理论和室内实验两个方面对分散流型下压降进行了研究,着重考虑壁面流体的流入对壁面摩阻系数的影响与不同流型间的转换。根据质量守恒、动量守恒方程,建立了水平井油水两相分散流型下压降预测模型。采用水、白油为实验介质,测量了水平管不同注入比、不同含水率下油水两相流压降值。实验结果分析表明,当含水率为40%时,油水发生反相,管道中流动压降最大,这和Brinkman/Roscoe混合黏度公式计算出的反相点一致。同时,压降模型预测结果与实验结果相比较平均相对误差为13.6%。     

含聚丙烯酰胺的管道螺旋流流动特性试验

为了解聚丙烯酰胺(PAM)对管道螺旋流流动特性的影响,搭建管道试验系统和制作多导叶式局部起旋装置,使用5孔直头球形测针和1套水压力测压系统,测量含PAM管道螺旋流的管道边壁静水压强和测针内动水压强,分析管道螺旋流流速分布、输固能力和压力特性。结果表明:加入少量PAM(100 mg/L)之后,管道螺旋流的流速分布相比清水发生变化,管道螺旋流发展过程(产生—发育成型)延长67%,管道螺旋流的输固能力增大79.1%～91.5%,阻力损失降低18.0%～23.8%。     

有压输沙管道脉动压强特性试验研究

壁面脉动压强是工程上重要的研究对象,脉动强度直接影响泄洪排沙洞、输水隧洞(管道)等建筑物的稳定性和运行安全。为研究不同含沙浓度对壁面脉动压强特性的影响,以黄河细沙(d50=107μm)为研究对象,在直径80 mm的水平管道中进行模型试验,测量出每种工况下的流量、含沙浓度和脉动压强。采用统计方法对测量数据进行多方面分析,并结合快速傅里叶变换(FFT)方法研究了脉动压强的功率谱密度。试验结果表明,时均压强的沿程幅值和瞬时峰值压强均随含沙浓度增加而增大,相对脉动强度随着含沙浓度增大总趋势是减小的;脉动压强概率密度为脉动压强均值接近于零的正太分布,随着含沙浓度增加分布形态从瘦高型发展成矮胖型,压强振幅变大;脉动压强功率谱密度中低频分量随着含沙浓度变大有明显的增加。     

万家寨引水工程北干线有压倒虹吸管道充水过程研究

为了充分发挥万家寨引水工程北干线在长距离输水管路的潜在效益,基于北干线有压的1#、2#倒虹吸PCCP管道工程,以1#倒虹吸朔州在线调流阀前管道充水过程为例,分析研究了考虑空气阀作用工况下可能产生的水击压力以及不同的充水流量下1#倒虹吸沿程控制点的充水时间。研究成果为万家寨引水工程北干线充水过程研究提供了理论基础。     

输水管道水流对截留气团的冲击

从试验、数值计算、理论分析三方面对输水管道系统水流冲击截留气团(囊)进行了研究.试验结果表明,水流冲击截留气团的最大压力与截团在一个大气压下的初始体积占管道总体积的比例多少有关.试验与数值计算结论相符.同时指出,在无法确定输水管道系统截留气团大小时,可采用忽略摩阻的刚性水锤模型进行计算,所得结果与输水管道系统截留气团大小无关,且偏安全.