横掠水平管束间气-液两相流流型对流致振动激励的影响

在气-液两相流现有的Taitel流型图和Ulbrich&Mewes流型图的基础上,通过分析试验数据提出一种新的流型图,根据该流型图将垂直向上横掠水平管束的气-液两相流分为3种流型:泡状流、搅拌-泡状流和间歇流,给出这3种流型下的两相流作用在管束上的激励力的时间历程、功率谱密度曲线和功率谱密度峰值对应的Strouhal数...     

考虑流-固耦合效应的空间管道水锤方法研究

介绍耦合水锤理论的4方程模型和其求解方式,以及利用计算流体力学(CFD)计算流-固耦合的方法,并采用文献作为算例进行水锤流-固耦合的计算。通过CFD的经典水锤计算,为流-固耦合计算选定计算格式和网格,同时与文献进行比较。结果表明,本文所用的方法可用于较复杂的管道水锤的流-固耦合计算。     

流-固耦合问题的ALE有限元分析

基于任意Lagrange-Euler描述(ALE),建立了分析流-固耦合问题的预报-更正算法.采用ALE描述下的Galerkin/最小二乘有限元法,完成了对具有运动边界的不可压缩粘性流的数值模拟;并提出基于更新Lagrange列式的伪弹性体法来计算网格运动;通过在耦合界面上对流体和固体分别施加Dirichlet和Neumann边界条件,建立了流-固耦合关系,并数值模拟了流道中与流速垂直的悬臂梁的流-固耦合过程,数值算例的结果验证了本文方法的有效性.     

棒束通道内气液两相流流型的实验研究

常温、常压条件下,在7×7矩形截面棒束通道内进行了垂直向上气液两相流动实验,气液两相折算速度的变化范围分别为0.04~14 m/s和0.238~1.860 m/s。实验中用高速摄像仪对流型进行记录,观察到了泡状流、泡状-搅混流、搅混流和搅混-环状流4种流型,发现搅混流是主要流型,并对Hewitt流型图的界限进行了修正。分析实验数据发现,摩擦压降在泡状流和搅混流区域的变化是相反的。根据实验数据,参考前人的研究得到棒束通道中泡状流向搅混流转变的边界。     

竖直和倾斜条件下气-液两相流型转变研究

以去离子水和空气为两相介质,研究了竖直和倾斜条件下气-液两相流型,发现通道内存在弥散泡状流、泡状流、弹状流、搅拌流和环状流5种流型。通过对流型间转变特性的机理分析,构建了竖直和倾斜条件下各流型的转变准则,与实验数据进行了对比,符合很好。     

基于势流体的核反应堆贮液容器动力特性分析

由于流-固耦合计算规模十分庞大,很少在工程中应用.本文采用势流体函数理论,将流-固耦合特征值方程的耦合项通过势函数联系,流体流动的非线性连续性方程可简化为线性椭圆方程,大大地缩减了流-固耦合计算的规模.通过实际的算例验证表明,采用基于势流体的流-固耦合方法求解贮液容器动力问题是十分高效的,适合在核反应堆工程中推广运用.     

气-液喷射器内两相流流型分析

对水平安装气-液喷射器内两相流流型进行了分析研究。根据圆管内气-液两相流流型转变的经验准则式,结合气-液喷射器性能方程,得出了气-液喷射器内环状流和雾状流的流型区间。以空气-水喷射器为例,给出了喷嘴出口当地最大马赫数与引射流体入口／出口压比的关系式,证明了当工作气体（空气）在喷嘴中作超临界膨胀时,喷射器内流型至少为环状流。     

含内热源有序饱和多孔介质通道内蒸汽-水两相流型可视化实验研究

采用均一球体形成多孔介质通道,通过高速摄像系统获得了多孔介质通道内两相流动影像数据,识别出多孔介质通道内蒸汽-水两相流动流型存在形式,并研究了部分参数对流型转变的影响规律。结果表明,多孔介质通道内的汽-液两相流型有泡状流、泡状-弹状混合流、弹状流、弹状-环状混合流以及环状流5种;随着入口过冷度的增加,泡状流向过渡流转变以及过渡流向环状流转变时所对应的汽相表观速度呈现出逐渐增大的趋势;随着压力的升高,泡状流向过渡流转变以及过渡流向环状流转变时所对应的汽相表观速度呈现出逐渐减小的趋势。      

LEVEL SET输运方程的求解方法及其对气-液两相流运动界面数值模拟的影响

用数值模拟方法来研究气-液两相流动与传热现象是当今多相流领域的一个热门课题。由于两相流固有的复杂性,气-液两相流界面迁移现象的数值模拟一直是两相流研究中的一大难点。本文介绍了捕捉气-液两相流相界面运动的水平集方法(Level Set)及其研究进展,介绍了求解Level Set输运方程的3种方法,即一般差分格式、Superbee-TVD格式和Runge-Kutta法-5阶WENO组合格式。结合主流场的求解,分别用这3种方法对4种典型相界面在5种流场中的迁移特性进行了模拟计算,并对计算结果进行了比较和分析。结果表明,Runge-Kutta法-5阶WENO组合格式求解LevelSet输运方程的效果最好,在以后的计算中将主要采用这种组合格式来进行气-液相界面输运方程的求解。     

外加扰动下垂直管内气-液两相流空隙波特性

采用双环电导探针技术实验研究了外加扰动对垂直上升管内气-液两相流空隙波特征的影响。研究结果表明,气-液两相流空隙波对外加周期性扰动具有频率选择性。在泡状流区,低频扰动能诱发与扰动等频的空隙波;在泡状流／弹状流转变区,低频扰动能加速气泡合并,促进泡状流向弹状流转变;而在弹状流区空隙波特征对外界扰动并不敏感。空隙波的传播速度受外界扰动频率的影响,随着扰动频率的增大,空隙波波速先减少又增大。本文的实验研究发现,存在对气-液两相流空隙波特征影响最为显著的临界扰动频率,在本实验条件和参数范围内,该临界扰动频率为20Hz。     

无内热源有序饱和多孔介质通道内气液两相流阻力特性研究

对无内热源有序饱和多孔介质内蒸汽-水两相流阻力特性进行了实验研究,在多孔介质通道内蒸汽-水两相受力分析的基础上,结合实验数据,得到了多孔介质内空泡份额及气液两相相间作用关系式,通过分析热工水力特征参数和多孔介质几何特征参数对两相流阻力特性的影响,得到了多孔介质内蒸汽-水两相流阻力关系式。结果表明,本文提出的两相流阻力关系式计算结果与实验结果符合良好,且优于其他关系式。本研究结果为进一步开展含内热源多孔介质内气液两相流阻力及传热特性研究提供了实验技术及理论依据。     

考虑流-固耦合效应的含液容器动力响应有限元分析方法

以圆柱形含液容器振动为例,比较流-固耦合有限元方法与理论解的计算结果,分析有限元方法的适用性。结果证明,流-固耦合有限元方法能够准确有效地计算含液结构的振动特性与动力响应问题,可以利用有限元模型预测复杂流-固耦合结构的动力特性并对其进行地震时程分析。     

矩形小尺度加热通道流型构成及过渡准则研究

基于可视化实验系统研究了矩形小尺度加热通道内主要流型构成,从微观角度深入研究气-液两相在流型过渡临界状态下的受力情况,构建了基于力学模型假定的流型过渡准则,并采用可视化实验数据对该模型进行了验证。结果表明,泡沫流-受限气泡流过渡准则预测准确度为93.94%,受限气泡流-环状流过渡准则预测准确度为94.07%,模型预测结果与实验数据基本吻合。      

竖直管道中弹状流空泡份额测量

采用双头局部电容探针测量空气-水两相流中弹状流的空泡份额和气泡速率。通过理论推导得出该新型探针的工作原理,然后利用该探针测量弹状流中的两相信号。理论分析和实验验证表明,局部电容探针抗干扰性好、输出信号稳定,探针测得的动态信号与弹状流实际运动过程完全一致;所测得弹状流空泡份额α=37.5%,弹状流气泡速率v=0.545 m/s。     

文丘里气泡发生器内气液两相流流型及压降实验研究

针对一类文丘里气泡发生器内气液两相流动的流型及压降开展了实验研究。通过可视化实验观测区分了气泡发生器内3种基本流型,包括泡状流、弹状流和柱状流。实验发现,随着两相流从弹状流转变为柱状流,气泡发生器内压降迅速增大。通过对压力信号的时频分析,证明气泡发生器出口位置最有利于压力信号的在线监测。从压力信号中提取了与流型转变紧密相关的概率密度函数相对峰度和功率谱密度差异系数,并分别应用于弹状流-柱状流和泡状流-弹状流流型转变的识别。由于已有的压降模型无法准确预测文丘里气泡发生器的整体压降,为此本研究提出了新的压降预测方法。新关联式考虑了气泡发生器内部分单液相流过程以及流型转变对压降预测的影响,预测值与实验测量结果吻合较好,相对均方根偏差约为10.74%。     

高放废物处置库近场裂隙水流-传热-处置室间距相互作用的三维数值分析

为研究高放废物地质处置库近场裂隙水流-传热-处置室间距的相互作用机理,采用3DEC软件计算裂隙水流-传热-处置室间距相互作用对处置库近场温度分布影响。结果表明:(1)在处置室间距相同条件下,流动的裂隙水显著改变了处置库近场温度场,使岩体温度降低,缩短模型达到稳态所需要的时间。(2)处置室间距增大,温度叠加效应减弱,处置库近场温度越低,并且废物罐表面膨润土温度越低,裂隙出水口水温越低,模型达到稳态所需要的时间越短。(3)水平和垂直裂隙水流共同传热使处置库近场裂隙水流下游区域温度显著高于裂隙水流上游区域。(4)处置室间距为6 m和8 m时,水平裂隙出水口水温高于垂直裂隙,处置室间距为10 m时,水平裂隙出水口水温低于垂直裂隙。     

空气-水在垂直非圆截面通道内流型研究

采用可视化方法研究了水力直径分别为15mm和10mm的两种正方形截面、14.43mm的三角形截面以及14mm的圆形截面通道内空气-水垂直上升流动,表观气速0.04～80m/s,表观水速0.001～6m/s.观察到了泡状流、弹状流、块状流、环状流和弥散泡状流等常见流型.此外,在表观气速很大而表观水速很小时,在非圆截面通道内发现了爬动流,证实了非圆截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响,证明截面形状对两相流流型及其转变具有重要影响.由实验得到了流型转变界限,并首次获得了包括爬动流的两相流流型图.比较本文的实验结果及与前人的研究结果对比发现,水力直径的大小对两相流流型的转变具有一定影响.     

半封闭构造中金属矿床水分散流的形成条件

矿体水分散流形成和埋藏的地质和水文地质条件是多种多样的。本文只论述适用于金属矿床基底被覆盖的地区分散流形成的一种模式(见图)。这种水分散流形成的条件见于科雷旺-托姆斯克褶皱带的许多地区。我们认为,本文所提供的模式有助于查明形成隐伏矿床次生晕和分散流的某些一般规     

球床通道内气液两相竖直向上流动流型实验研究

对球形颗粒填充通道内的空气-水竖直向上两相流动流型进行了可视化实验研究。实验段填充球直径分别为3、5和8mm,气相表观流速为0.005~1.172m/s;液相表观流速为0.004~0.093m/s。实验观察得到4种典型流型：泡状流、串状流、液柱脉冲流和乳沫脉冲流,并绘制出流型图,其中脉冲流占据较大区域。通过与常规通道流型图对比发现：由于填充颗粒的影响,球床通道泡状流区域较常规通道显著减小。对比3种球床通道流型图得到：随着颗粒直径的增加,串状流区域增大;在低液相流速下,对于8mm直径颗粒,串状流可直接过渡到乳沫脉冲流。     

低质量流速垂直并联内螺纹管密度波型不稳定性试验

在高压汽-水两相流实验台上进行了低质量流速垂直并联内螺纹管密度波型不稳定性的试验研究,观察到了垂直并联内螺纹管气-液两相流密度波型不稳定性的一些主要特征。在试验参数范围内就热负荷、系统压力、质量流速、进口过冷度和不对称加热对密度波型不稳定性的影响进行了研究和分析。同时根据试验结果,采用均相流模型得到了密度波型不稳定发生的界限关系式。