纯水静态闪蒸起始阶段气泡群时空分布规律的实验研究

设计搭建了静态闪蒸实验台，利用高速摄像对不同压降速率下纯水静态闪蒸起始阶段气泡群的时间和空间分布规律开展了实验研究。实验中液膜初始厚度为0.2 m，压降速率为0.27～0.64 MPa·s^-1。实验结果表明：气泡群主要出现在压力陡降段。在时间分布上，压降速率越大，气泡群出现的时间越早，气泡数目增长越快，且气泡群数目达到最大值所需要的时间越短。在空间分布上，气泡数量随深度呈现了“缓增-陡增-缓增”的增长趋势；压降速率越小，气泡分布越集中；相同深度范围内，压降速率越大，气泡数量越多；至压力陡降段结束时刻，气泡群相对数量随液膜深度的增大有峰值存在。最后，根据实验结果拟合了气泡群时间和空间分布规律的实验关系式，其计算值与实验值吻合良好。     

纯水静态闪蒸中液膜高度演变的实验研究

设计搭建了静态闪蒸实验台,利用高速摄影对不同过热度、节流孔板直径和闪蒸速率下纯水静态闪蒸过程中液膜高度的演变规律进行了实验研究。实验中过热度为7.0～32.5 K,节流孔板直径为5、10、20 mm,闪蒸速率为0.004～0.073 s-1。通过液膜膨胀率来衡量和比较液膜高度的变化,液膜膨胀率是指闪蒸过程中液膜实时液位与初始液位的比值。结果表明:最大膨胀率随过热度或节流孔板直径的增大而增大;节流孔板直径一定时,闪蒸速率可通过改变过热度来调节,此时最大膨胀率随闪蒸速率的增大而减小;当过热度一定时,闪蒸速率可通过改变节流孔板直径来调节,此时最大膨胀率随闪蒸速率的增大而增大。最后,根据实验结果拟合得到过热度、闪蒸速率与最大膨胀率的实验关联式,其计算值与实验值吻合良好。本文研究结果对工业闪蒸设备小型化、紧凑化和精细控制提供了重要的实验依据。     

纯水静态闪蒸中液膜高度演变的实验研究

设计搭建了静态闪蒸实验台，利用高速摄影对不同过热度、节流孔板直径和闪蒸速率下纯水静态闪蒸过程中液膜高度的演变规律进行了实验研究。实验中过热度为7.0~32.5 K，节流孔板直径为5、10、20 mm，闪蒸速率为0.004~0.073 s^-1。通过液膜膨胀率来衡量和比较液膜高度的变化，液膜膨胀率是指闪蒸过程中液膜实时液位与初始液位的比值。结果表明：最大膨胀率随过热度或节流孔板直径的增大而增大；节流孔板直径一定时，闪蒸速率可通过改变过热度来调节，此时最大膨胀率随闪蒸速率的增大而减小；当过热度一定时，闪蒸速率可通过改变节流孔板直径来调节，此时最大膨胀率随闪蒸速率的增大而增大。最后，根据实验结果拟合得到过热度、闪蒸速率与最大膨胀率的实验关联式，其计算值与实验值吻合良好。本文研究结果对工业闪蒸设备小型化、紧凑化和精细控制提供了重要的实验依据。     

超声对气液鼓泡流中气泡发生频率的作用

在内径160 mm.高300 mm的玻璃槽中.采用0～200W可调功聚能型超声波发生器研究了超声波功率、聚能头与进气管距离、聚能头放置方式、聚能头没人深度、进气流量和反射室直径等因素对气液鼓泡流中气泡发生频率的影响.实验结果表明,聚能头竖直放置时,随着功率的增加,单位时间内气泡数目先减少而后急剧增加;聚能头水平放置时,单位时间内气泡数目随着功率增加而增加;聚能头距分布管越远,超声波对气泡的破碎作用越小;气体流量越大,单位时间内气泡数目越多;反射室直径在一定范围内越小,单位时间内气泡数目越多.     

SK型静态混合器内气-液两相流单气泡运动实验研究

采用单气泡实验对SK型静态混合器内气-液间混合过程进行试验研究,针对主流速度、气泡尺寸、混合元件数量等参数对气-液混合效果差异进行实验研究,并就整个混合过程中的压降波动进行了分析。实验结果表明,SK型静态混合器增大气-液两相相界面,提高气-液两相混合效果,延长气-液停留时间,混合元件数增加压力降增大。     

相分离结构微细通道流动沸腾压降分析与可视化

为探究相分离结构对微细通道流动沸腾压降的影响，利用数控技术加工了相分离结构微细通道实验段。以质量分数为30%的甘油水溶液作为实验工质，在工质入口温度为70℃、质量流率为121.25kg/(m²·s)、热流密度为76.61～150.70kW/m²的工况下分析了两种(多孔/少孔)相分离结构和无排气孔的普通微细通道的压降变化，同时对通道内气泡行为进行了可视化研究，引入气相分离系数对受限气泡在通道内的生长行为进行定量分析。实验结果表明，相分离结构可以改善通道内两相总压降，在多孔、少孔和普通微细通道中，微细通道的气相转移面积越大，气相分离系数越大，通道内受限气泡长径比越小，两相总压降损失越小。此外，通过对相邻通道增加压差，调整合适的压力切换周期，可以进一步改善相分离膜的气相转移速率，减缓通道内两相总压降。     

NaCl水溶液喷射闪蒸-掺混蒸发的实验研究

喷射闪蒸与热空气掺混蒸发(FME)结合是实现含盐废水深度脱盐的有效方法之一。本文搭建了喷射闪蒸-横流掺混蒸发实验系统,结合PIV和Malvern激光粒度仪对FME流场中液滴群的运动、蒸发特性开展了实验研究。实验中掺混风温为104.7～145.3℃、风速为10～17 m·s^-1;液侧液滴初始盐质量分数为0～0.15,温度为20.0～132.0℃,喷射压力为0.5～1.2 MPa。FME中喷射闪蒸主要影响雾化破碎区,而掺混蒸发主要影响蒸发区。液滴群初始粒径随喷射压力或质量分数的提高趋于均匀,而随液滴温度的升高先趋于均匀而后均匀性变差。气液间的动量和能量交换主要发生在蒸发区内的水平方向;定义液滴沿水平方向截面平均速度为FME特征速度,该特征速度随掺混距离的增大先陡增后缓增,而在相同掺混距离处,该特征速度随掺混风温、风速或喷射压力的增大而增大;液滴群的Sauter平均直径沿掺混方向不断减小;增加掺混风温、提高掺混风速、增大喷射压力是强化FME蒸发的有效手段。根据实验结果计算了液滴群表面平均传热系数,并给出了该传热系数的实验关联式。在本文研究范围内,其计算值与实验值的主体误...     

水平管气液两相段塞流的波动特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出间歇性和不稳定性。系统地研究了水平管中段塞流持液率、压力和压差的波动特性。结果表明,段塞流持液率的概率密度分布为双峰分布,高持液率峰对应于液塞区,低持液率峰对应于液膜区;在压力的概率密度分布中,当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目少时,压力分布出现双峰分布;当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目多时,压力分布出现单峰分布;压差信号分布呈单峰分布。这些特征为流型识别提供了可靠的段塞流标识。     

真空闪蒸冷却换热机制及流量影响

通过对真空闪蒸冷却机理的分析,基于膜-渗透理论建立了以水为工质的真空闪蒸冷却换热模型,并利用实验研究和模型模拟相结合的方法,对闪蒸冷却的换热特性进行了研究。模型分析结果和实验结果误差小于10%,证明了所建模型的准确性。研究结果表明：液膜闪蒸换热在高热通量闪蒸冷却中占主导地位;随着工质流量的增加,闪蒸冷却换热性能提高;工质流量越小,液膜闪蒸换热所占份额越大,即工质闪蒸所带来的潜热利用率增加。研究结果为真空闪蒸冷却在航天热控方面的应用提供了理论基础。     

压力喷雾分散模型初探

本文分析了旋涡式压力喷嘴的雾化机理,研究了液膜的受力情况,提出了液膜以正弦波振动,当其发展速率达到最大时,液膜以半波长破裂成柱,然后在表面张力的作用下,收缩成球状液滴的假设和两段分散模型即,在本实验系统中,当 Re<10~5时,液膜破裂时间随压力升高而增大,所形成的液滴直径减小;当Re>10~5时,液膜破裂时间随压力升高而缩短,液滴直径增大。本文推导出了计算液滴直径的公式,其计算结果与实验数据比较吻合。     

CFD-PBM耦合模型模拟气液鼓泡床的通用性研究

通过对不同操作压力和不同液体性质气液鼓泡床的模拟值与实验数据进行对比,从而验证CFD-PBM耦合模型的通用性。结果表明,CFD-PBM耦合模型在加入了气泡破碎修正因子后,可以很好地预测压力对鼓泡床流体力学行为的影响趋势,当压力升高时,气含率显著升高。不同液体黏度和表面张力条件下CFD-PBM耦合模型的模拟结果与实验结果均吻合较好。随液体黏度增大,气泡破碎速率减小,气泡尺寸分布变宽,曳力显著下降,气含率随之降低。随表面张力减小,气泡破碎速率增大,气泡变小,气含率升高。CFD-PBM耦合模型具有很好的通用性,原因在于考虑了压力、液体黏度和表面张力对气泡聚并、破碎和气液相间作用力的影响。     

CFD-PBM耦合模型模拟气液鼓泡床的通用性研究

通过对不同操作压力和不同液体性质气液鼓泡床的模拟值与实验数据进行对比，从而验证CFD-PBM耦合模型的通用性。结果表明，CFD-PBM耦合模型在加入了气泡破碎修正因子后，可以很好地预测压力对鼓泡床流体力学行为的影响趋势，当压力升高时，气含率显著升高。不同液体黏度和表面张力条件下CFD-PBM耦合模型的模拟结果与实验结果均吻合较好。随液体黏度增大，气泡破碎速率减小，气泡尺寸分布变宽，曳力显著下降，气含率随之降低。随表面张力减小，气泡破碎速率增大，气泡变小，气含率升高。CFD-PBM耦合模型具有很好的通用性，原因在于考虑了压力、液体黏度和表面张力对气泡聚并、破碎和气液相间作用力的影响。     

乙醇溶液液滴降压闪蒸特性

基于液滴低压闪蒸理论,设计了一套悬垂液滴的真空闪蒸可视化实验装置,研究了质量分数为0、5%、10%、20%的乙醇溶液液滴的降压闪蒸特性,记录了液滴的成核结晶过程。液滴在降压条件下会经历液态蒸发、伴随气泡生长的蒸发、稳态蒸发结冰、伴随气泡生长的结冰、外部结冰内部气泡逸出最终爆裂5种形态。研究表明乙醇溶液的浓度越高,液滴的凝固点越低,液滴结晶所需时间越长;同时还发现一定浓度的乙醇溶液可以提高液滴结晶时的闪蒸室压力,降低了对系统真空度的要求。     

乙醇溶液液滴降压闪蒸特性

基于液滴低压闪蒸理论,设计了一套悬垂液滴的真空闪蒸可视化实验装置,研究了质量分数为0、5%、10%、20%的乙醇溶液液滴的降压闪蒸特性,记录了液滴的成核结晶过程。液滴在降压条件下会经历液态蒸发、伴随气泡生长的蒸发、稳态蒸发结冰、伴随气泡生长的结冰、外部结冰内部气泡逸出最终爆裂5种形态。研究表明乙醇溶液的浓度越高,液滴的凝固点越低,液滴结晶所需时间越长;同时还发现一定浓度的乙醇溶液可以提高液滴结晶时的闪蒸室压力,降低了对系统真空度的要求。     

立体传质塔板CTST喷射特性的研究

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。在直径570 mm的冷模实验塔内,采用高速摄像仪对CTST的喷射过程参数进行了实验研究,并且基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明:喷射孔气速是影响喷射锥角的关键因素,随着喷射孔气速的增加喷射锥角逐渐增大,当喷射孔气速超过7.5 m?s-1时,喷射锥角趋于恒定,其数值稳定在55°左右。随着气速的增加喷射孔处液膜速度显著增大,而液体流量增加时液膜速度略有减小,越靠近喷射孔顶端液膜速度越大。喷射区域内液滴的分布密度接近于Rosin-Rammler分布,在喷射锥角为[20o,40o]区间内的液滴数量比较集中,随着气速和液体流量的增大,液滴分布密度逐渐趋于均匀。液滴群平均粒径随气速的增加而减小,随液量的增加略有增大。正常工作范围内,液滴群平均粒径为1.0~2.5 mm。     

后处理对改性聚氨酯系中空纤维膜压力响应行为的影响

采用熔融纺丝制得改性聚氨酯系中空纤维膜,通过测试水通量随压力的变化研究了拉伸、热处理温度和热处理时间对改性聚氨酯系中空纤维膜压力响应行为的影响。结果表明,所得膜可发生明显的压力响应行为,且拉伸倍数越大,膜的强度越大,压力响应行为越精确;随热处理温度升高,膜的支撑性变差,压力响应行为变弱;随热处理时间延长,膜形变回复率变低,压力响应行为减弱。     

端面变形对液体动压型机械密封液膜瞬态特性的影响

建立动环-液膜-静环动压型机械密封双向流固耦合模型,针对逆流泵送状态,对密封环及液膜流场进行非定常耦合计算,分析了密封环变形和液膜压力的瞬态特性,并通过流固耦合前后流场对比,分析了密封环端面变形对液膜压力脉动的影响。研究结果表明：与未考虑变形时相比,双向流固耦合计算结果更加符合实际;静环端面变形随时间呈周期性变化,且越靠近内径出口处,变形量的波动程度越大;密封环端面变形对外径处压力脉动影响较小,但会明显增强内径处压力脉动,且转速越大,压力脉动增强的程度越大,介质压力在压力较低的工况下对变形后液膜压力脉动程度的影响不明显;密封环端面的变形只影响压力脉动的程度,不改变压力脉动的频率。     

端面变形对液体动压型机械密封液膜瞬态特性的影响

建立动环-液膜-静环动压型机械密封双向流固耦合模型,针对逆流泵送状态,对密封环及液膜流场进行非定常耦合计算,分析了密封环变形和液膜压力的瞬态特性,并通过流固耦合前后流场对比,分析了密封环端面变形对液膜压力脉动的影响。研究结果表明:与未考虑变形时相比,双向流固耦合计算结果更加符合实际;静环端面变形随时间呈周期性变化,且越靠近内径出口处,变形量的波动程度越大;密封环端面变形对外径处压力脉动影响较小,但会明显增强内径处压力脉动,且转速越大,压力脉动增强的程度越大,介质压力在压力较低的工况下对变形后液膜压力脉动程度的影响不明显;密封环端面的变形只影响压力脉动的程度,不改变压力脉动的频率。     

溶气式泡载分离器内减压成泡过程

通过对压力饱和溶气水减压成泡过程的热力学分析表明,溶气压力越高,形成气泡越细密,释气较完全。采用Kolmogoroff各向同性湍流理论得出湍流场中气泡稳定存在的条件和气泡大小随操作条件的变化规律。实验考察了操作条件对气泡分布的影响,采用Gamma分布能较好地描述实验。     

成品油输送管道内腐蚀影响因素及防护措施研究

成品油长距离输送容易引起管道内壁腐蚀,从而影响成品油的安全输送.因此,以国内某成品油输送管道钢材和油样为研究对象,开展了成品油输送管道内腐蚀影响因素研究实验,并针对性地提出了管道内防腐蚀措施建议.静态挂片腐蚀实验结果表明,0号柴油对输送管道钢材的静态腐蚀速率略大于90号汽油和93号汽油,腐蚀时间越长,静态腐蚀速率越小.动态腐蚀实验结果表明,3种成品油中0号柴油的动态腐蚀速率最大,成品油流速越大,动态腐蚀速率越大;实验时间越长,动态腐蚀速率越小;成品油含水量越高,动态腐蚀速率越大.针对成品油管道内腐蚀影响因素研究结果,可以通过改变金属材质、管道内涂层、改善成品油性能以及电化学防护等方式来降低成品油对输送管道内壁的腐蚀速率,从而有效延长成品油输送管道的使用寿命.