周期性扩缩微通道内气液两相流型及其演变特性

以空气和水为实验工质,利用IDT高速摄像仪和Nikon生物显微镜组成的可视化系统对水平放置的PDMS周期性扩缩微通道内的气液两相流型及其演变特性进行实验研究。观察到的主要流型为间歇流和分离流。对于间歇流,气体以离散形式分布在液相中或者是液体以分散形式分布在气相中,而且气相分散跟液相分散交替存在。对于分离流,气体主要沿气体进口壁侧流动,液体主要沿液体进口壁侧流动。两相中存在明显的分界面,沿流动方向界面产生波动。通过改变气液两相表观流速,得到气液两相流型分布,进而提出间歇流与分离流流型转换的准则关系式。结果表明,同一液相表观流速下,三角凹穴型微通道间歇流向分离流转变所需的气相表观流速略小于扇形凹穴微通道。     

开孔金属泡沫内气液两相流动的可视化

开孔金属泡沫内流动特性的研究多局限于局部流动特性的分析,大尺寸（100cm²以上）金属泡沫内气液两相宏观流动特性的研究目前较为缺乏。为了深入认识金属泡沫内气液两相流动特性,本文通过光学可视化手段,对金属泡沫多孔介质薄层内的气/液驱替、液/气驱替两相流动过程进行研究,分析了入侵流体的流速及金属泡沫的孔径对泡沫薄层内两相流动的影响。结果表明：在气/液驱替流动方面,随着空气流速的增大,气液两相的界面形态由毛细指状结构过渡到黏性指状结构,随着泡沫孔径的减小,部分排水现象愈加显著;在液/气驱替流动方面,气液界面较为规则,近似呈锥形,且流速越大,界面锥角越大、长度越小,试验中仅在最小孔径的金属泡沫中捕捉到明显的部分驱替现象,并且随着水流速的减小愈加显著。     

筛孔塔板上气相错流对液相流场影响的实验测量

利用热膜流速仪、测量了矩形塔内光板上液体单相流动以及筛孔板上气液两相流动时的液体流速分布，实验主要考察气液两相错流时，气体鼓泡作用对鼓泡区下游液体流速分布的影响，实验结果表明，单相流动时，受壁面效应的影响，靠近塔壁的液体的速度最低，气液两相错流时，受气体阻力作用的影响，靠近壁面液体的速度反而大于远离壁面处液体的速度，气相流量越大对液相流场的影响作用越强。     

气液两相流通过节流器的携液研究

针对不同气液比的两相流经过不同直径的水平节流器携液特性不明,利用数值计算对气液两相流携液特性进行仿真。研究表明:同一节流器直径,随着气液比的增大,节流入口与出口速度增大,携带液体的体积比增大;同一气液比,随着节流器直径的增大,节流入口速度减小,节流出口速度反而增大,携带液体的体积比增大。因此选用大直径节流器和大气液比,能更好的携带液体。     

倾斜通道内气液逆流直接接触冷凝传热的二维CFD模拟

对倾斜通道内乙醇饱和气体同其过冷液体逆流接触冷凝过程进行了数值模拟研究.应用商业CFD软件FLUENT和VOF多相流模型模拟倾斜通道内的两相流动,增加了相界面上基于温度梯度计算得到的冷凝传热源项,传质源项.在气液温差较小时模拟结果同的基于Nusslet等温壁面降膜理论的McAdams关系式接近,并进一步考察了绝热壁面条件下,通道进口气体流速,液体流速对平均传热系数H_m的影响.     

固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟

为研究固液两相流下油气田输送管道渐缩管的冲刷特性,在液固两相流条件下,在Workbench中建立倾角为3°、8°、13°、18°和23°的渐缩管物理模型,利用ANSYS-Fluent软件对渐缩管段进行冲刷特性数值模拟,同时分析入口流速、渐缩段倾角、砂粒浓度、砂粒粒径四个参量对渐缩管段的冲刷破坏规律。结果表明：流速、动压、剪切应力、湍流动能沿渐缩段流动方向逐渐增加,而静压沿渐缩段流动方向逐渐减小,砂粒浓度在渐缩段底部较高。最大冲刷速率随入口流速、渐缩段倾角和砂粒浓度增加而增大,砂粒粒径对冲刷速率的影响较为复杂,随砂粒粒径增加,冲刷速率先减小,后增大,随后又减小,最终趋于平稳。本文固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟结果可为油气生产中管道变径管段冲刷控制与防护提供有价值的理论指导。     

固体表面湿润性对水平管分层流动湿润角的影响

采用浸渍提拉镀膜法,将高/低表面能物质涂敷在玻璃管内表面,制备具有超亲水、亲水、疏水和超疏水特性的玻璃管。通过可视化方法,研究固体表面湿润性对水平管内气液两相分层流动的影响。研究结果表明,固体表面湿润性对水平管内分层流动特性有十分重要的影响,在相同的气体表观流速和液体质量流量下,分层流动的湿润角随固体表面亲水性的增强而明显增大;当液体表观流速较小时,亲水涂层玻璃管内湿润角随气体表观流速的增加而减小,而疏水涂层玻璃管内湿润角随气体表观流速的增加先增大后减小。     

湿天然气管道内液滴夹带机理及模型研究

低含液量气液两相流具有独特的流动特性,尤其是气相流速较大时,表现为气相夹带液滴。本文介绍了湿天然气管道内气液两相流液滴夹带产生的机理,并对现有液滴夹带率计算模型进行了分析研究。     

液体中气—液射流特性的研究

在气-液两相喷射式装置中气体或/和液体是经由单个(或多个)喷咀射入塔内的。本研究用频闪摄影技术对气、液向上共同喷射时液体中的气-液射流特性进行了实验研究,并建立了气泡直径分布函教及射流特征尺寸的关联式。同时,对射流两相区内两相的流动用一两相模型进行模拟,考察了喷咀直径、初始条件、液体压头和气泡直径对器内两相流动的影响。     

短接触旋流反应器混合区内气固返混特性模拟研究

采用欧拉双流体模型模拟短接触旋流反应器内气固两相流动,加载无反应组分输运方程计算入口混合区内气固停留时间分布(RTD)。根据各截面上下行流率分配,定义了截面返混比,并考察了入口结构型式对气固返混特性的影响。研究结果表明,反应器混合区内固体催化剂的停留时间比气体小;气体在入口混合区内返混程度比固体颗粒显著,颗粒接近平推流;气体截面返混比为0~0.5,且随着轴向位置增大呈现先增加后减小的趋势;轴向入口设导向叶片增大了反应器混合区内气体轴向返混;与直切式和斜上切式结构相比,斜下切式结构反应器混合区气体返混程度较弱,有利于催化裂化反应。     

湿气管道积液临界气速预测的新模型

气田开发经常采用湿气集输方案。针对湿气输送管道出现的积液问题,基于分层流最小界面剪切应力准则,利用气液平界面分层流液膜区的速度分布规律,建立了求解积液临界气速的新机理模型。由分层流液膜区的流场描述和气相动量方程得到气液界面剪切应力的表达式;利用界面剪切应力函数曲线特性,可以通过界面剪切应力关于持液率求导获得临界气速。以不同文献中收集的临界气速实验数据,对新模型和其他具有代表性的湿气管道积液模型进行验证对比,表明新模型的预测精度要优于其他模型。     

G-LISR不同气相入口流速对流场特性的影响

为了提高气液撞击流反应器(G-LISR)的混合性能,找到合适气相入口速度的操作参数,采用ANSYS Workbench中的Geometry模块,基于欧拉·拉格朗日法建立G-LISR气液两相流动数学模型。在加速管对置距离为400mm,液相入口速度为5m/s,三种不同的气相入口速度(10,15,20m/s)条件下,用数值模拟软件Fluent分析模拟出了不同气相入口流速下反应器内流场的分布特征。模拟结果表明:随着气相入口初始流速的增大,反应器内湍流强度有所增加,在压力波动最为剧烈的撞击面中心点处,压力急剧增大。增大气相初始流速,将降低反应器中的液滴的浓度分布,减少了液相在反应器中的停留时间。从能量损耗和气液两相在反应器中的混合效果来看,气相初始流速不宜过大,10m/s为较佳。     

制冷剂在微通道扁平T型管内的气液两相流相分配特性研究

气液两相流在常规T型管内的相分配特性已得到充分研究,但少有文献关注微通道扁平T型管内的两相流分配特性。以两相制冷剂R134a为工质,对扁平T型管内的相分配特性进行了实验研究。实验结果表明,气液两相流在扁平T型管内的液相进口流速增加会使液相分离比减小,气相分离比增大;进口干度增加使液相分离比增大,气相分离比减小;气相进口流速对扁平T型管内泡状流的相分配影响较小。由相分配模型预测值与实验值对比可知,现有的相分配模型还无法准确预测扁平T型管内泡状流的气液相分离比。在进口干度为0.45~0.5时扁平T型管内制冷剂R134a气液相分配比较均匀。     

水力喷射空气旋流器中射流雾化过程模拟及其机理

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种新型高效的气液传质反应设备。采用雷诺应力模型和VOF两相流模型较好地模拟了WSA的气相压降特性、液相回流比和射流雾化过程,并讨论分析了雾化过程的机理。模拟和实验研究表明,WSA的气相压降随着进口气速的增加先后出现低压降区、压降突跳区、压降过渡区和高压降区4个特征区域,并给出了不同压降区域之间转折点气速的计算方法。射流在这4个压降区域里,分别表现为稳态射流、变形与袋式破碎、袋式破碎与剪切雾化和剪切雾化与离心分离等流态。射流在压降过渡区与高压降区的转折点左右实现充分雾化并达到最大相间传质面积。研究结果为建立基于WSA压降特性的射流雾化与流场调控方法提供了理论依据。     

Numerical simulation of churn flow in a vertical pipe

A numerical simulation of the churn flow regime of air-water and R134a vapour-liquid mixtures by means of the volume of fluid (VOF) method is presented. The focus of the paper is on the inlet region of a vertical pipe. An axisymmetrical domain is used, reproducing the region next to the porous wall liquid injector of a typical test section for the investigation of vertical gas-liquid flows.A simplified model of the levitation process of the ring-type waves typical in churn flow is proposed. The influence of the gas Froude number on the waves amplitude is shown by means of the simplified model and used to explain the numerical results.A comparison of the numerical results with experimental wave frequency data and visualizations available in the literature is performed. The velocity field in the forming wave region and the pressure and shear stress variations along the interface are shown.Simulations have been performed at different liquid and gas superficial velocities and pipe diameters and the influence of these parameters on the gas-liquid interface is discussed.     

Investigation of the wall region of gas-liquid flow using an electrodiffusional technique

Measurements of the hydrodynamic characteristics of upward gas-liquid flow in an inclined channel were performed. Experiments were made by an electrodiffusional method using microprobes for wall shear stress and liquid velocity measurements. Special attention was paid to the study of two-phase flow structure in the vicinity of the wall. A strong effect of the channel orientation on the characteristics of the flow was demonstrated. The results show that maximum wall shear stress values correspond to an intermediate channel inclination. High values of near-wall void fraction result in the reduction of liquid velocity fluctuations in horizontal and near-horizontal channel positions. This paper was presented at the International Workshop on Electrodiffusion Diagnostics of Flows held in Dourdan, France, May 1993.     

水平管气液两相分层流界面剪切预测研究进展

水平管气液两相分层流虽流型简单,但由于界面存在复杂的动量和能量传递,分层流的界面剪切预测至今没有一致的结论。本文从理论模型、实验模型、数值计算3个角度出发,详细阐述水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究现状,得出不同研究方法的优势和缺陷。针对3种研究方法,指出理论模型通过模型简化和经验关联式来建立封闭模型,实验模型则在封闭关系上修正经验关联式,但由于简化假设和实验条件的限制,使得这两种研究方法对界面剪切应力的预测具有一定的局限性;数值计算能够弥补机理模型在流场细节等方面的不足,但能够提供界面剪切预测或封闭关系的工作很少。此外,对比了5种不同形式的已有模型对气液两相分层流持液率和压降预测的结果。最后展望了水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究趋势,提出理论和实验研究需要提出更详细的局部模型,并考虑工程实际工况进行研究,发展针对气液界面计算的新方法,并为分层流提供封闭关系则是数值计算研究面临的挑战。     

气液旋流器内液相平均停留时间

旋流设备内伴有传热、传质或反应过程时,介质停留时间是其关键参数。在冷模实验装置上,采用持液量法,对气液旋流器内液相平均停留时间进行了研究。结果表明,液相停留时间随入口含液率增大明显降低,随入口气速增大降低较小。气液界面剪切力远小于液相重力是入口气速对液相停留时间影响较小的主要原因。基于液膜受力平衡,建立了气液旋流器内液相平均停留时间模型。模型预测停留时间与实测值总体吻合良好,在液膜Reynolds数Re_l< 1200范围内,模型预测停留时间偏大,讨论了模型预测偏差与液膜流型的关系。