大管径垂直管道内高压汽液混合流动的数值研究

采用流体体积模型(VOF)对高压环境下190 mm大管径垂直管内水蒸汽-水混合流动进行数值研究。数值计算得到了5.07,10.13与17.23 MPa高压下大管径垂直管内汽液流型分布图及搅混流态的相分布图和速度场分布,并与常压下的计算结果进行对比,以研究压力环境带来的影响。数值结果表明,高压环境下大管径垂直管内的流型图与Hewitt和Roberts流型图的吻合度较差。高压环境下大管径垂直管内没有出现雾状流;泡状流和搅混流的发生区域扩大;弹状流的发生区域被压缩得很小;环状流的变化最小。随着压力的增大,大管径垂直管内汽液搅混流中界面波的高度有所降低;液膜铺展在壁面的面积扩大;系统的稳定性提高。速度场分布是管道中心处速度较大;近壁面处速度场发生振荡;壁面处速度迅速减小至零。随着压力的增大,近壁面处速度场振荡的紊乱程度减轻。根据汽液两相流动特性,分析了发生以上现象的原因。     

矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性

对水平放置矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性进行了实验研究.通过实验获得了不同周角下的气弹演变过程和局部流动特征,结果表明,其流动特性会随着螺旋周角位置的变化而变化.根据实验数据分析发现,同一工况下,不同转角气弹的运动速度、频率和长度分布不尽相同.重力和离心力的相对大小决定着内外壁面液膜的厚度,给出了同一条件下,不同时刻的液膜厚度的演变过程.最后对下降液膜的运动速度展开了分析研究,在螺旋上升过程中,液膜下降速度逐渐减小,在螺旋下降段,液膜速度明显增大.     

垂直管内弹状气泡上升中壁面传递的实验研究

垂直管内弹状流壁面传递是诸多工业应用中需研究的重要问题之一。今用极限扩散电流技术,对弹状气泡上升时瞬时壁面剪应力和传质系数进行了测定,结果显示:当基于表观气速的Froude数FrG < 0.74时,壁面剪应力随弹状气泡和液塞的到来呈现方向相反的交替变化,壁面传质系数亦相应变化;而当FrG > 0.74时,剪应力方向一直向下,说明液膜向下流动,且弹状气泡和液塞的到来对壁面传质系数的影响很小。这说明下落液膜射流穿透了液塞段,控制了整个壁面传递过程。研究还对下落液膜区、尾迹区及液塞段的不同传递特征及机理进行了分析, 并结合气泡塔熔融结晶器中弹状气泡上升时的传热,对结晶操作条件的合理选择进行了讨论。     

垂直上升气液两相弹状流模型

基于等效弹单元思想,改进了预测垂直上升管中充分发展气液弹状流流动特性的模型。 模型中考虑了界面切应力对液膜运动的影响;并在液弹空隙度预测中引入临界气体夹带速度的概念,以此来描述弹状流中大气泡尾部的混合特性。本文提出的模型还考虑了管径对液弹空隙度的影响。弹状流模型的计算结果得到本文及其他作者实验数据的验证。     

垂直短管内弹状泡上升时壁面传递

采用电化学方法对短管内弹状泡上升时壁面传递进行了瞬时测量 ,并与充分发展弹状流动力模型计算结果进行了比较 ,表明该过程是没有充分发展的弹状流动 ;壁面剪应力与Sherwood数均在弹状泡到来时达到最小 ,而在弹状泡尾部达到最大 .弹泡周围液膜的壁面剪应力和Sherwood数与文献理论值较吻合 .对边界层分布的分析表明 ,过冲液膜对液弹段的壁面剪应力影响显著 ,对壁面传质的影响可忽略 .     

垂直管内向上气液流动的分析(Ⅰ)——弹状气泡与下落液膜流动

弹状流是垂直管内气液两相上升流中的一种重要流型。本文从相对坐标系的质量与动量衡算出发,对弹状气泡与下落液膜流动进行分析,建立了相应的计算公式。本文也是完整的弹状流数学模型的一部分。     

水平管内气液两相泡状流进口段壁面切应力

利用TSI-1268W热膜探头对内径为35 mm的水平管内气液两相泡状流的壁面切应力进行了直接测量,得到了进口段不同截面上沿周向不同位置处的壁面切应力数据,通过分析实验段进口段的壁面切应力沿管长的变化来确定进口段的长度.结果表明,液相中加入气泡后增加了壁面切应力数据的离散程度.在实验参数范围内,测量的壁面切应力进口段的长度在52D～65D之间,并且壁面切应力进口段随着液流Reynolds数和截面含气率的增大而增大.液相中加入气泡后在不同的测量角度壁面切应力的变化呈现不同的特征.     

倾斜管式蒸发冷凝器管外液膜的三维数值研究

利用Fluent软件对倾斜椭圆管式水膜蒸发冷凝器管外成膜情况进行了三维数值模拟,分析了喷淋流量、布液器与侧壁间距及周向角度等参数对管外液膜厚度和分布的影响。结果表明:管外液膜沿管壁向下侧壁面方向发生偏移,使远离上侧壁面的位置更易铺展成膜,近上侧壁面的椭圆管底端易产生干斑;随着布液器与壁面间距的减小,流体在上、下侧壁上的分流现象随之明显;喷淋流量一定时,周向液膜厚度分布先减小至周向90°位置后开始增大。     

弹状流液弹区含气率分布的试验研究

采用光纤探针法和高速摄影法对垂直上升气液两相弹状流的液弹区含气率分布进行了试验研究,测试管径为15 mm。一种基于机器学习的图像处理技术用来识别气液两相界面,通过搭建气泡边界提取的神经网路系统,使用构建的气泡边界数据库对模型进行多次迭代训练,该方法可以有效地识别多种复杂类型的气泡边界。试验得到了弹状流液弹区的径向含气率分布曲线,结果表明,壁峰分布是液弹区含气率分布的主要形式,其中泰勒气泡的尾迹效应对分布形式有重要影响,尾迹的旋涡中心和含气率分布的峰值相对应。针对弹状流液弹区径向含气率分布的两个主要特征——中心局部含气率和壁峰位置,分别提出了相应的预测公式,且与本文的试验数据吻合良好。     

用统计方法研究未充分发展弹状流动

在一内径19 mm、长2 m的垂直有机玻璃管内,采用自制的电导探针对未充分发展的气-液二相弹状流中的弹状气泡上升速度、液塞上升速度、弹状气泡长度和液塞长度进行了测量。得到了各自随表观气速或表观液速的变化规律。结果表明:在未充分发展的弹状流状态下,弹状气泡的上升速度略高于液塞的上升速度:弹状气泡长度随表观气速的增大而增大,随表观液速的增大而减小。文章对弹状气泡长度进行了统计分析。未充分发展弹状流中弹状气泡长度符合正态分布律。     

倾斜管内低温液弹和Taylor汽泡的长度分布

An experimental study was carried out to understand the phenomena of the boiling flow of liquid nitrogen in an inclined tube with closed bottom by using a high speed motion analyzer.The experimental tube is 0.018 m ID and 1.0 m in length.The range of the inclination angle is 45°-90° from the horizontal.The experiment focused on the effect of the inclination angle show that the mean liquid slug length and Taylor bubble length increase with the increasing x/D at various inclination angles.At the same x/D,the mean liquid slug length and Taylor bubble length increase first,and then decrease with decreasing inclination angles,with the maximum at 60°.In the vertical tube,standard deviation of the nitrogen Taylor bubble length increase with the increasing x/D.For the inclined tube,standard deviation of the nitrogen Taylor bubble length increases first,and then decreases with the increasing x/D.Standard deviation of the liquid slug length increases with increasing x/D for all inclination angles.     

倾斜上升弹状流中Taylor气泡运动速度研究

用高速动态分析仪对倾斜上升管中气液两相弹状流中Ｔａｙｌｏｒ气泡的运动速度进行了研究。获得了无干扰流场下Ｔａｙｌｏｒ气泡运动参数的测量结果，并分析了混合物流速及管倾角对气泡头部位置的影响，以及由此而引起的气泡漂移速度及液体速度影响系数的变化情况，在理论分析的基础上，推荐了计算气泡运动速度的实验关联式。并且与可利用的结果进行了比较，两者符合较好。     

Flow in the nose region and annular film around a Taylor bubble rising through vertical columns of stagnant and flowing Newtonian liquids

The flow in the nose region and in the annular film around individual Taylor bubbles rising through stagnant and co-current vertical columns of liquid were studied, employing particle image velocimetry (PIV) and pulsed shadowgraphy techniques (PST) at the same time. The combined techniques enabled simultaneous determination of the bubble shape and the velocity profiles in the liquid film. Experiments were performed with water and aqueous glycerol solutions in a wide range of viscosities , in an acrylic column of 32 mm ID.Values for the distance ahead of the nose in which the flow is disturbed by the presence of the bubble are presented for the conditions studied. The bubble shapes in the nose region are compared with Dumitrescu's shape for potential flow. The velocity profiles show that after the nose region the liquid begins to accelerate downwards, and at a certain distance from the bubble nose the velocity profile and the liquid film thickness stabilise. The liquid film acquires characteristics of a free-falling film. Values of the developing length and film thickness are reported for the experimental conditions studied. Average velocity profiles in the fully developed film are also presented. A critical Reynolds number of around 80 (based on the mean absolute velocity in the liquid film and on the film thickness) is reported for the transition from laminar to turbulent regime. Shear stress profiles (in the fully developed film) are also provided.The data reported are relevant for the validation of numerical codes in slug flow.     

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.     

IMPROVED HYDRODYNAMIC MODEL OF TWO-PHASE SLUG FLOW IN VERTICAL TUBES

Merits of the Fernandes model(Fernandes et al.1983)for two-phase slug flow in verticaltubes are reviewed in this paper.While predicting many macroscopic parameters of slug flow in verti-cal tubes,it fails to present correctly the trend that the average voidage in liquid slugs increases asthe rising velocity of Taylor bubbles is increased.It is also desirable to extend its application toelectrolyte systems, and to churn flow conditions.Based on the diagnostic analysis,the model equa-tion for gas entrainment by falling liquid film is reformulated and the influence of surface tension isalso accounted for.Development of the falling liquid film is recognized in the revised model in or-der to suit the case of short Taylor bubbles as well.The modified model predicts the variation of av-erage voidage in liquid slugs in good agreement with available experimental data.