重力对垂直管内气液搅混流相界面特性影响的数值研究

采用流体体积函数模型(VOF)对常重力、部分重力和微重力环境下垂直管内空气–水搅混流和制冷剂R134a蒸汽–液体搅混流进行数值模拟,研究重力环境对气液搅混流界面波高度,相界面稳定性及界面波形成周期的影响。与实验结果的对比显示数值模型是可靠的。数值结果表明,随着重力环境的减小,气液搅混流的界面波高度有所增大,相界面稳定性明显增强,界面波形成周期随之延长。空气–水搅混流界面波与R134a蒸汽–液体搅混流相比有显著不同。尽管R134a蒸汽和R134a液体的入口速度较小,但与空气–水搅混流相比,其相界面稳定性明显下降,形成周期缩短。上述结果对微重力和部分重力下换热设备的研究与设计提供了重要依据。     

中心正交旋转管道内流动沸腾汽液分布特性的数值分析

采用计算流体动力学方法对旋转工况下,管道中汽液两相流的流动沸腾分布特性进行数值分析。基于VOF模型、k-ε湍流模型及UDF进行数值计算。数值结果显示,管道流动沸腾汽液两相流型受热载荷、旋转载荷以及流动载荷的耦合影响。在文中计算工况范围内表现为汽液两相流型由规则、稳定的泡状流转变为紊乱的弹状流甚至雾状流。流型转变的实质是管道旋转使流体受到离心浮力的作用,径向流动增强使稳定流型破坏。     

用扩散层模型与多相流方法对空冷凝汽器逆流管内凝结与流动的数值模拟

针对空冷凝汽器上的逆流凝结管,用扩散层模型模拟管内空气–蒸汽的组分输运,用多相流理论中的VOF方法建立管内两相流的控制方程,分别用Lee模型与CSF模型计算方程中的质量与动量源项。在一根仿真样管(长宽高尺寸:1000mm?5mm?50mm,倾斜角:60?)上,运行9个算例,对管内两相流的凝结换热与流动进行数值模拟。数值结果表明,在样管出口管段,管壁上的热流密度波动较大;当样管入口的空气含量超过1.0%时,不可凝气体对管内蒸汽凝结的影响不可忽略。获得了管内气相组分浓度的标量场,发现,扩散层内存在的空气浓度梯度是管内蒸汽凝结性能恶化的原因。利用瞬态计算,捕捉到管内复杂的动力学特性,包括液膜悬空、液膜爬坡与液滴夹带,发现这些特性会破坏管内扩散层的稳定与完整,增强蒸汽凝结;用可视化的两相流体积分数云图,表现液膜悬空、爬坡溢出以及液滴从形成到抛起的连续过程,并分析这些现象发生时,两相流的速度特征;数值计算还得到了管壁上液膜的流型,将其定性为溪状流。     

基于小波分析的垂直上升管气液两相流流型的识别

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。但是, 由于两相流介质之间存在着随机多变的相界面，致使两相流的流型不仅是多种多样，而且其变化也带有随机性，这给流型识别带来了很大困难。该文提出了利用压差波动信号的Lipschitz指数来识别流型的方法。采用小波分析中Lipschitz指数可描述不同流型的压差波动特征，因此，根据计算得到的Lipschitz指数的大小，可以识别出泡状流、间歇流和环状流。     

空气-水两相流压差波动研究

两相流的压差波动过程包含了关于流动的大量信息，是实现流动监测与控制的重要研究内容。该文研究了U形管垂直上升估空气-水两相流压差波动过程的统计和分形特征，着重分析了压差波动过程的均值，均方根、分维数随折算气速和液速的变化规律。结果表明这些特征参数都与流型有密切的联系，但据此识别流型缺乏实用性。均方根在低液速 下随气速的气速的变化体现了流型的转变，高液速时则不明显。相关研究根据概率密度分布函数识别流型的方法不具有普适性。实验发现环状流区高气速时的压差波动分维数大于1.5，在其它流型内都小于1.5。同时，折算液速的大小强烈影响压差波动的混沌特性。     

表贴式内肋阵自循环蒸发冷却系统沸腾换热流动实验研究

为进一步了解表贴式内肋阵自循环蒸发冷却系统内部的沸腾两相流动换热规律,采用横截面积为180mm×20mm的内肋阵液盒作为研究对象,对内肋阵液盒内部沸腾换热流动过程进行了可视化观察,同时针对该内肋阵液盒内两相流动建立Friedel、L-M两种两相流动阻力压降仿真计算模型。实验发现液盒通道内的流型随着热负荷的变化,主要呈现泡状流和雾状流2种流型,液盒背面温度较为均匀,维持在65～70℃左右。液盒内部肋阵的存在,增强了通道内汽泡扰动,同时在肋柱后方存在明显尾迹涡流。通过研究对比发现Friedel模型计算结果与实验结果的最大相对误差小于15%,说明该模型更适用表贴式内肋阵蒸发冷却系统的压降计算。     

基于声发射技术和小波变换的气-液两相流动噪声特性研究

使用声发射技术对气-液两相流水平管路流动噪声信号进行检测,对采集到的一维时间序列进行小波分解,从流动噪声的角度研究了水平管路气-液两相流分层流向环状流过渡的多尺度能量特征。多尺度能量特征的研究表明分层流和环状流及其过渡状态在流动噪声的声发射能量分布上有着明显的区别。得到的流型转换的数字特征与试验中观察到的流型及其转换阶段是一致的。管道多相流声发射信号能够在多尺度能量分布上表现出两相流系统的复杂性。从而从一个新的角度研究了气-液两相流型转换的特性,为揭示气-液两相流动机理提供了新的手段。     

基于图像纹理特征和Elman神经网络的气液两相流流型识别

气液两相流广泛存在于现代工业生产之中，其流型极大地影响气液两相流的流动和传热特性，为此提出了一种图像灰度直方图统计特征和Elman神经网络相结合的气液两相流流型识别方法。该方法利用高速摄影系统获取水平管道内两相流的流动图像，经过图像处理后，提取图像灰度直方图统计特征，进而建立流型的图像统计特征向量，并以此特征向量作为流型样本对Elman神经网络进行训练，实现对流型图像的智能化识别。实验结果表明，训练成功的Elman神经网络能有效识别水平管道内7种典型流型，整体识别率达98.6%，为流型在线识别提供一种新的有效方法。     

空冷凝汽器椭圆翅片管管内传热与流动特性分析

基于分布式参数热力系统假设,提出翅片管耦合换热模型,以描述两相流与冷却空气工质对之间的传热。将耦合模型应用于火电机组直接空冷凝汽器1 000 mm×94 mm×46 mm（深×宽×高）椭圆翅片管,通过基于计算流体力学的数值求解,得到管内温度、热流密度、对流换热系数、薄膜厚度、剪切力沿两相流和冷却空气流向上的变化规律,将特征量空间分布结果可视化。结果发现:管内热流密度随着管外冷却空气的横向流动,在空气出口区域急剧下降,管内对流换热系数随凝结沿管深方向的纵向发展,缓慢增长;管内两相流型可定性为环状流,液膜在椭圆下半部分极端区,有明显聚集与加速流动。所采用的理论方法和获得的结论,有助于翅片管换热增强设计和在运空冷凝汽器安全高效运行。     

扁平空冷翅片管内换热与流动特性数值研究EI北大核心CSCD

扁平翅片管结构复杂,换热方式耦合多样,以往研究难以用常规实验与关联式方法,完整复现并分析管内热流特性。基于分布参数热力学理论,提出耦合换热模型描述翅片管两相流与空气间的换热,并将模型应用于1m长度工程管,通过数值求解,得到管内温度、热流密度、换热系数、液膜厚度、剪切力、压力降沿两相流和冷却空气流向全域内的变化规律:随着冷却空气横向流动,扁平管凝结性能急剧降低,热流密度从空气入口处20000W/m^(2)降至出口处5000W/m^(2);翅片管钎焊层热流密度高达14000W/m^(2),因此应注重提升钎焊层对翅片管换热的增强效用。管内两相流定性为环状流,随着两相流动,倾斜管能有效地将平板液膜汇聚到下半圆,平板液膜厚度沿管深增长缓慢,全管段液膜增长范围为16~25μm;平板热流密度和凝结空冷翅片管空气侧对流换热系数管深无下降趋势,这与工程管对应管段的实验结果相符。     

水泵流道入口流场分析以及过流部优化分析

对某型核电常规岛给水泵流道入口流场部分建立三维模型,在ANSYS12.0平台上采用CFX模块数值计算。研究结果表明:原设计叶轮型线出口处速度分布较不均匀,提出采用改变叶轮过流段分布和调整叶轮过流部角度这两种方式提升流道入口水力性能,其中,采用调整过流段入口角度的方式进行优化设计在很大程度上可以提高出口处速度均匀性,从而提高泵体的整体水力性能。     

窄环隙内层流脉动流动特性分析

为分析脉动流动状态下的热工水力特性,通过建立数学模型,对窄环隙流道内的层流脉动流动特性进行分析。研究结果表明,脉动流对环隙内速度及相位差径向分布有较大影响。当脉动频率较小时,窄环隙内的速度径向分布与稳定流动相同,相位差在整个流道截面为恒定值;随着脉动频率增大,速度径向分布出现"环状效应",相位差沿径向呈现近似抛物线型分布;且脉动频率及流动尺寸越大、或流体粘性越小,脉动对速度及相位差的径向分布影响越明显,而脉动振幅变化对速度及相位差的径向分布没有影响。     

基于停运连续潮流和双向潮流追踪的潮流解恢复控制方法

针对导致潮流方程无解的支路型故障,提出了一种基于潮流追踪的潮流解恢复控制策略。首先将故障支路用支路两端节点的等值功率源替代,从网络中移去故障支路。减小等值功率直到极限点,极限点处剩余的等值功率量是超出故障后网络传输能力的功率量,将其作为控制裁减量。然后采用潮流追踪算法,将所得裁减量向发电机和负荷节点分配,以确定减负荷和减发电的节点以及各自的裁减量。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

线间潮流控制器建模及潮流优化方法

线间潮流控制器(interline power flow controller,IPFC)作为第3代柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)的代表性设备,具有强大的潮流调控能力。而IPFC的引入,会增加潮流优化(optimal power flow,OPF)问题的非凸性,导致其难以被准确、快速求解。为解决传统IPFC模型中等效电压源相角对应约束难以被凸化的问题,该文基于注入功率变量重新构造了IPFC的等效约束,并进一步利用数学变形、近似处理、二进制展开技术,对该模型进行凸化处理,将含IPFC的OPF问题从高度非凸的优化问题转化为混合整数二阶锥规划(mixed integer second-order cone programming,MISOCP)问题。最终,在仿真算例中完成近似误差分析,并利用Matlab/Gurobi求解MISOCP模型。结果表明,所提优化方法计算精度高,求解速度快,显著降低了系统发电成本,可为综合型FACTS的在线优化调控提供理论和技术支撑。     

超声波流量计对在线流量计的比对测试方法探讨

测量点的选择与管道参数的准确测量。测量点选择在管道上游10倍以上管径长度,下游5倍以上管径长度的直管段上,如果测量点上游有泵站或弯头,距离应达35倍以上的管径长度。同时,测量点处的管道不能有明显的下降坡度。测量点处无焊缝及距承插接口较远,无振动及电磁干扰源等。     

潮流建模中的不确定性——边界潮流法的应用

回顾了边界潮流法最新研究进展和应用现状.边界潮流法是一种通过赋予不确定节点功率以模糊/区间数来找到精确潮流解的方法.边界潮流法得到的结果可以纳入系统不充裕指标的形式中.这些指标可用于风险评估--决策过程中的基本部分.118节点测试系统的数字仿真结果表明了所提方法的适用性.     

基于层析成像软测量的两相流流型识别

基于电容层析成像(ECT)和人工神经网络的软测量方法,实现了两相流流型识别。以油气两相流为例,建立了两相流流型识别的软测量模型。从ECT传感器的输出中提取特征参数作为软测量模型的辅助变量,两相流流型为主导变量,构建二级自组织竞争神经网络,进而实现对两相流流型的在线判别。仿真结果表明,该方法判别精度高、判别速度快。     

全钒氧化还原液流电池的流场工程设计

采用流体动力学理论计算方法,研究了全钒氧化还原液流电池流场的工程设计和优化。结果表明,对于并行蛇形流场,当液流电池流道深度小于1．5mm时,减小深度可以大幅增加电解液流动过程中的压降,提高在多孔电极材料中的渗透率。为保证流道中电解液为层流流动,流道宽度和流道深度之和需大于某恒定值。并行直通流场中,液流流道深度超过1mm后,电解液在流动时几乎不发生向多孔电极材料的渗透,同时并行主流道宽度对于电解液的渗透率影响不明显。电解液流动过程中,并行蛇形流场的压降要比并行直通流场的压降高1—2个数量级。     

微尺度通道内气液两相流型可视化研究

建立微尺度通道流动沸腾换热试验台,采用高速摄像仪对水平微尺度单管（内径0．8mm）内低沸点制冷工质（R32／R134a（25％／75％））气液两相流动特性进行可视化观察研究分析,获得了流型照片。在各种质量流量和进口干度下对工质在微尺度管内的两相流流动特性进行了试验,观察到了各种工况下流型的转化特点,对流型的影响因素进行分析。试验工况为：质量流量G=760～10360kg／（m2．s1,进口干度x=0．01～0．77。实验结果表明：在较高的质量流量工况下,工质在微尺度单通道内的流型比较单一,主要呈气状流／雾状间隔流动。在进口质量干度较低的情况下,也会出现比较明显的环状流,但液膜总处于波动状态,有不稳定现象。无论什么工况,均没有出现像常规通道内的分层流动现象。·