高压高过冷度下过冷流动沸腾数值模拟

采用双流体模型对高压高过冷度下垂直圆管中水的过冷流动沸腾进行了数值模拟。通过对比不同气泡直径模型,揭示了气泡直径对于壁面传热方式的影响,确定了适合高压工况的气泡直径模型。考察了压力及壁面热通量对流动及传热特性的影响。计算结果表明,压力增加气泡脱离直径减小,单相对流传热所占比例增加,表面传热系数减小。高压高过冷度特征决定了气泡相分布极不均匀,随着热通量的增加,壁面附近容易形成气泡的密集,对过冷流动沸腾中的传热特性有重要影响。     

不同宽度窄缝通道过冷沸腾

以去离子水为实验工质,在窄缝宽度δ=3、4 mm,质量流速G=143、300 kg·m^-2·s^-1,主流过冷度ΔT_sub=17、25℃,热通量q=1～20 W·cm^-2的参数范围内,对常压下竖直窄缝通道内向上流动过冷沸腾的换热规律进行了实验研究。对不同宽度窄缝通道内的同一区域过冷沸腾气泡演变过程进行了可视化实验分析,发现窄缝宽度因素对过冷流动沸腾的流动换热特性和壁面核化特性影响显著,其中包括沸腾起始点ONB,压降ΔP,传热系数h,汽化核心密度N_a,气泡脱离直径D_d,气泡脱离频率f等。     

不同宽度窄缝通道过冷沸腾

以去离子水为实验工质,在窄缝宽度δ=3、4mm,质量流速G=143、300kg·m~(-2)·s~(-1),主流过冷度ΔTsub=17、25℃,热通量q=1~20 W·cm~(-2)的参数范围内,对常压下竖直窄缝通道内向上流动过冷沸腾的换热规律进行了实验研究。对不同宽度窄缝通道内的同一区域过冷沸腾气泡演变过程进行了可视化实验分析,发现窄缝宽度因素对过冷流动沸腾的流动换热特性和壁面核化特性影响显著,其中包括沸腾起始点ONB,压降ΔP,传热系数h,汽化核心密度Na,气泡脱离直径Dd,气泡脱离频率f等。     

竖直加热壁面上汽泡脱离及浮升点汽泡直径预测模型

针对汽泡在脱离点和浮升点的力平衡特点,根据受力分析结果对汽泡的动量平衡方程进行了简化。提出了汽泡在竖直加热壁面上脱离和浮升的判据。采用Thorncroft的实验数据进行检验,结果发现,汽泡的脱离及浮升直径预测值与实验值误差在±20%以内。模型分析结果表明,向上流动的汽泡脱离直径随平均流速的增加而减小,随壁面过热度的增加而增加;向下流动情况大致相同;但由于流动曳力对汽泡脱离的作用和浮力的作用相反,从而导致了在02～03 m·s-1流速范围内出现汽泡不脱离的现象。在向上流动条件下,由于汽泡脱离核化点后的滑动方向和主流方向一致,从而使得汽泡与流体间的相对速度减小,使浮升直径大大增加;向下流动时,汽泡浮升直径随平均流速和壁面过热的关系与脱离直径的变化趋势基本一致,但与壁面过热的关系没有脱离直径的明显。     

竖直圆管内液氮过冷流动沸腾数值模拟研究

在现有数学模型的基础上,从沸腾换热的机理入手,对过冷流动沸腾模型中的气泡参量模型进行了修正,分析确定了壁面热流密度的拆分方法,构建出适应于液氮的过冷沸腾计算模型。将新模型应用于CFX4.4中,对液氮在三维竖直圆管内的过冷流动沸腾进行了数值模拟。研究发现,在过冷流动沸腾形成之后,蒸发热流成为壁面换热的主要部分,沸腾换热占据换热的主导地位。数值模拟结果与已有的实验数据吻合较好,证明了新建模型的正确性。     

立式和卧式螺旋管内过冷沸腾起始点特性

在系统压力P=412～850 kPa,过冷度△T_sub=4.7～15.0℃,热通量q"=0.11～10.90 kW·m^-2,质量流量G=147.5～443.7 kg·m^-2·s^-1的条件下,对立式和卧式螺旋管内R134a过冷流动沸腾起始点特性进行了实验研究。研究结果表明：当实验系统参数相同时,立式和卧式螺旋管内过冷沸腾起始点的热通量基本相同,但是立式螺旋管内过冷沸腾起始点壁面过热度小于卧式螺旋管;过冷沸腾起始点的热通量、壁面过热度随着过冷度和质量流量的增大而增大,但随着压力、螺旋直径的增大而减小。通过无量纲分析对实验数据进行非线性拟合,发展了适用于螺旋管过冷沸腾起始点的关联式。     

鼓泡塔中气泡群运动的实验与模拟

采用高速摄像法测量了均匀鼓泡流状态下,水以及体积分数分别为20%和40%的甘油-水体系中气泡群的浮升运动,考察了气含率、雷诺数和分布器孔径对气泡尺寸、形状、浮升速率和曳力系数的影响。构建了立方体单元胞模型,并根据雷诺数的不同选取层流和湍流模型,模拟得到气泡的浮升速率和曳力系数与实验值吻合较好。结果表明:随着气含率及液体黏度的提高,气泡群浮升阻力增大,浮升速率减少;随着雷诺数和气泡直径的增加,曳力系数减小,气泡浮升速率增大。单元胞模型能较好地反映气泡群浮升过程中各因素的影响,是处理气泡群运动的有效工具。     

变截面翅片通道内过冷沸腾可视化试验

以水为介质,对三角多孔翅片（TP）和横排锯齿翅片（TDS）两种变截面翅片通道的过冷沸腾进行了可视化试验。研究了体积流量、过冷度与热通量对过冷沸腾起始位置的影响,通过观察变截面翅片流道内单个气泡形成、生长与合并或脱离的过程,对比分析两种变截面翅片对流沸腾传热强化机理。试验结果表明：TDS翅片通道内气泡从出现到消失的平均周期约为TP翅片的一半;过冷沸腾起始位置随着体积流量的增大,逐渐向流道出口处移动;而随着热通量的增大和过冷度的减小逐渐靠近流道入口处;过冷度对过冷沸腾起始位置的影响比热通量对其的影响更大。     

立式和卧式螺旋管内过冷沸腾起始点特性

在系统压力P=412~850 k Pa,过冷度?Tsub=4.7~15.0℃,热通量q"=0.11~10.90 k W·m~(-2),质量流量G=147.5~443.7 kg·m~(-2)·s-1的条件下,对立式和卧式螺旋管内R134a过冷流动沸腾起始点特性进行了实验研究。研究结果表明:当实验系统参数相同时,立式和卧式螺旋管内过冷沸腾起始点的热通量基本相同,但是立式螺旋管内过冷沸腾起始点壁面过热度小于卧式螺旋管;过冷沸腾起始点的热通量、壁面过热度随着过冷度和质量流量的增大而增大,但随着压力、螺旋直径的增大而减小。通过无量纲分析对实验数据进行非线性拟合,发展了适用于螺旋管过冷沸腾起始点的关联式。     

微肋阵通道内流动沸腾CHF特性

以去离子水为工质,在质量流速G为96～224 kg·m^-2·s^-1,入口过冷度为20～50℃,有效热通量为10～240 W·cm^-2的范围内,对圆形、菱形、椭圆形微肋阵通道内流动沸腾临界热通量（critical heat flux,CHF）特性进行了实验研究。临界热通量是通道出口壁面干涸造成的,而出口壁面的干涸是由于流动沸腾向通道上游的反向流动。出口壁温的剧增和两相压降的剧减标志着CHF的发生。此外研究发现质量流速、入口过冷度、微肋形状等实验参数对CHF也有着很大的影响。实验结果表明：在相同的实验工况条件下,微肋片的存在大大减小了沸腾的反向流动和流动沸腾的不稳定性,微肋阵通道的CHF比光滑微通道更高,且椭圆形微肋阵的CHF最大,菱形微肋阵次之,圆形微肋阵最小;CHF随着质量流速和入口过冷度的增大而增大,但随着出口干度的增大而减小。最后将实验数据文献中的关联式进行了比较验证,结果表明该实验数据与关联式吻合良好。     

Bubble formation in cocurrently upward flowing liquid

The effects of liquid velocity, nozzle diameter, gas chamber volume and gas flow rate on volumes, shapes and growth curves of bubbles formed at a nozzle submerged in a cocurrently upward flowing liquid in a bubble column were experimentally investigated. The bubble volume decreases with increasing liquid flow velocity. The effect of liquid flow velocity on the volume of bubble increases with an increase in the gas flow rate. To simulate bubble formation at a nozzle submerged in cocurrently upward flowing liquid, a revised non-spherical bubble formation model was proposed. Bubble volumes, bubble growth curves and shapes experimentally obtained in this study, as well as in previous experimental studies, are well predicted by the present model.     

低温气液两相弹状流动中Taylor气泡的统计特征?I. Taylor气泡长度

为了研究倾角(q)和管径对低温气液两相流中Taylor气泡长度分布规律的影响,在6种管路倾角下,以液氮为工质,使用高速相机对4种内径透明抽真空Pyrex玻璃管内的弹状流动进行了可视化实验. 结果表明,低温弹状流动中Taylor气泡长度分布的统计特征可由对数正态分布函数描述,Taylor气泡长度分布的标准偏差受到液膜射流直接影响,并随q减小先增大后减小. Taylor气泡无量纲平均长度随管路轴向位置增大而线性增加,随管路内径增加呈指数下降趋势,随q减小而增大,最小值出现在70o≤q≤90o.     

水溶液中气泡聚并的研究进展

水溶液中气泡聚并行为是化工流体力学研究中的一个重要内容,在化工、海洋和军事防护等诸多气液两相流相关领域中广泛存在并发挥着重要作用,研究气泡聚并具有重要的理论和应用价值。根据国内外关于气泡聚并的主要研究工作,对静止流场、复杂流场中气泡聚并机理以及韦伯数（We）、液体黏度、表面活性剂等影响气泡聚并的主要因素进行了综述,讨论了相关研究的不足,并对未来的研究方向进行了展望。     

Bubble splitting under gas–liquid–liquid three‐phase flow in a double T‐junction microchannel

Gas–aqueous liquid–oil three‐phase flow was generated in a microchannel with a double T‐junction. Under the squeezing of the dispersed aqueous phase at the second T‐junction (T2), the splitting of bubbles generated from the first T‐junction (T1) was investigated. During the bubble splitting process, the upstream gas–oil two‐phase flow and the aqueous phase flow at T2 fluctuate in opposite phases, resulting in either independent or synchronous relationship between the instantaneous downstream and upstream bubble velocities depending on the operating conditions. Compared with two‐phase flow, the modified capillary number and the ratio of the upstream velocity to the aqueous phase velocity were introduced to predict the bubble breakup time. The critical bubble breakup length and size laws of daughter bubbles/slugs were thereby proposed. These results provide an important guideline for designing microchannel structures for a precise manipulation of gas–liquid–liquid three‐phase flow which finds potential applications among others in chemical synthesis. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 376–388, 2018     

鼓泡塔反应器气液两相流CFD数值模拟

对圆柱形鼓泡塔反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟的表观气速范围为0.02～0.30 m•s^-1; 模拟采用了双流体模型,并耦合了气泡界面密度单方程模型预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡尺寸的影响。液相湍流采用考虑气相影响的修正k-ε模型,两相间的动量传输仅考虑曳力作用。模拟获得了轴向气/液相速度分布、气含率分布、湍流动能分布以及气泡表面面积密度等,对部分模拟结果与实验值进行了定量比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。     

Effects of Orifice Orientation and Gas-Liquid Flow Pattern on Initial Bubble Size

In many gasliquid processes, the initial bubble size is determined by a series of operation parameters along with the sparger design and gasliquid flow pattern. Bubble formation models for variant gasliquid flow pat terns have been developed based on force balance. The effects of the orientation of gasliquid flow, gas velocity, liquid velocity and orifice diameter on the initial bubble size have been clarified. In ambient airwater system, thesultable gasllquid flow pattern is important to obtain smaller bubbles under the low velocity liquid crossflow con ditions with stainless steel spargers. Among the four types of gasliquid flow patterns discussed, the horizontal orifice in a vertically upward liquid flow produces the smallest initial bubbles. However the orientation effects of gas and liquid flow are found tobe insgnifican whenliq.uid velocity is.higher than. 3.2 m;sa or theorifice diameter is small enough.     

垂直管内气液两相流的探讨—气泡流压力降

本文把空隙率和气盯密度沿管子高度的变化当作连续过程，并从微分总压力降出发，然后在全管范围内积分，从而导出气液两相在气泡流情况下的总压力降模型的Ｐ１－Ｐ２＝ｄ－ｂｃ／ａｃｌｎｄ＋ａｃＰ１／ｄ＋ａｃＰ２＋Ｚｃ该模型用于求垂直管内向上流动的气泡流压力降时初值要求不高，收敛快，且准确度高。     

基于聚类方法的运动气泡声发射信号分析

利用自行开发的采集处理程序采集3 mm喷嘴释放的连续气泡上升阶段的声发射信号,提取声信号波包并计算声信号参数。基于k-均值聚类分析方法对孔口气速1.42 m/s时的声信号波包进行分类处理,分析各分类声信号参数统计规律。通过快速傅里叶变换和小波分析方法分析各分类声信号的时频特征,结合气泡运动图像对声信号进行有效识别,研究了多个气速下的分类规律。结果表明,基于k-均值聚类分析的时频分析方法得到的各分类声信号具有一定的相似度,结合高速摄像技术,可以有效分析气泡上升运动声信号,识别气泡振荡、破碎、聚并等运动形态。     

Unsteady mass transfer between a slender bubble and a viscous liquid in a simple extensional flow

Unsteady mass transfer between a slender bubble and a viscous Newtonian liquid in a simple extensional and creeping flow has been studied. The exact analytical solution, at large Peclet numbers, has been obtained using similarity transformations and by the method of characteristics. It was determined that when a dimensionless time (the strength of the flow multiplied by the time) is greater than 2, then steady state is, in practice, obtained.     

水平与微倾斜管内间歇流中长气泡的形态特征

利用双平行探针技术和摄像方法对水平和近水平微倾斜管内长气泡的形态特征进行了实验研究.实验结果表明气泡头部以及气泡体的形态特征取决于气液混合Froude数和管道倾角,而尾部特征还与气泡长度有关;小气泡通过单纯水跃面的长气泡尾部向液塞区弥散,而具有阶梯状尾部结构的长气泡并不向液塞区弥散小气泡,所以气泡尾部结构特征的变化决定了弹状流向段塞流的转变;管道倾角对长气泡形态特征有显著的影响,下倾管内的长气泡在低Froude数时出现头尾倒置现象,同时下倾管内的长气泡比上倾管更易保持阶梯状的尾部结构,所以下倾管的弹状流区比上倾管宽.