气液两相流流经环形狭缝通道的流动特性

引言动力、能源、石油化工等领域中广泛应用着各类管壳式换热器,此类换热器的管子与折流板之间、折流板与壳体之间在制造与装配中存在着一定的间隙。这些间隙对壳侧的压降及换热系数有较大影响。对于单相流体,这些间隙产生的泄漏量可占总流量的15％～60％~［1～4]．根据文献报道~［5],大约有50％以上的管壳式换热器涉及气液两相流,迄今为止对气液两相流体流经环形狭缝通道的流动特性研究尚未见有文献报道．本文在水平放置环形狭缝通道中,对空气一水两相混合物流经3种不同间隙环形狭缝通道的流动特性进行了研究,并应用分相模型提出了计…     

垂直同心环形管内上升气液团状流向环状流的转换

对垂直同心环形管内上升气液团状流向环状流的转换进行了研究 .根据团状流及环状流的流动特性 ,并考虑同心环形管的结构特征 ,建立了垂直同心环形管上升气液团状流向环状流转换的新的理论模型 .通过本文的实验数据及其他研究者的实验数据对该模型的预测性能进行了检验 ,并与其他研究者的模型进行了比较 .结果表明本文的转换模型预测性能较好     

基于流场-电场耦合的典型流型条件下双环形电极响应特性仿真研究

针对管道内气液两相流动过程中出现的不同流型,建立了耦合两相流流场与双环形电极电场的仿真模型,模拟了分层流、波浪流、段塞流、泡状流和环状流5种典型流型,获得了典型流型条件下双环形电极间轴向电流密度空间分布特性和混合电导率动态变化特性,结合理论模型和仿真数据讨论了气液两相混合电导率与液相含率之间的定量关系。研究结果表明:双环形电极之间轴向电流密度的空间分布能够刻画气液两相流的流型特征;当利用无量纲电导率计算平均液相含率时,BegovichWatson模型适用于分层流、波浪流和环状流,而Maxwell模型适用于泡状流。     

气液两相流水平绕流柱体的动态压降特性

压降是气液两相流绕流柱体时包含丰富流动信息的重要参数,对于压降的研究密切关系到两相流动系统的设计和运行.以空气和水为实验介质在泡状流、塞状流、弹状流和环状流四种流型下,研究了气液两相流水平绕流梯形柱体的动态压降特性.结果表明:泡状流和塞状流的动态压降有较稳定的波动,其时均值主要取决于液相流量;弹状流的动态压降变化剧烈,其时均值随两相雷诺数的分布比较均匀;环状流的动态压降变化比较平缓,其时均值随两相雷诺数的增加呈近似线性递增;在四种不同流型下,时均动态压降系数随两相雷诺数的增加都呈线性递减.这一结果为分析气液两相流绕流柱体的流动特性提供了有益的借鉴.     

垂直同心环形管内上升气液两相环状流含气率与压降预测

对垂直同心环形管内上升气液环状流的截面含气率及压降预测进行了研究.根据Kelessidis有关团状流向环状流转换的思路以及Wallis有关圆管内环状流积分分析的方法,考虑环形管的结构特征及环状流的流型特征,通过两相动力学理论建立了新的预测截面含气率及总压降的模型.将新模型及现有模型与实验数据的分析比较表明新模型对于总压降的预测效果较好.     

微通道内气液(液液)二相流的实验研究进展

综述了微通道内气液(液液)二相流的流型特征.微通道内气液二相流常见的流型为泡状流、弹状流、环状流和翻腾流;液液二相流常见的流型为液滴流、塞状流、平行流及环状流.分析了不同操作条件对气液(液液)二相流行为的影响.介绍了微通道内气液(液液)二相流流型判别谱图,对常用的弹状流、液滴流和塞状流进行了重点介绍.指出了微通道内气液...     

基于段塞流的通用气液两相流模型的建立与验证

气液两相混输流动中,由于段塞流与其他流型均有联系,从段塞流出发建立模型可以使不同流型下的计算模型得到统一。基于段塞流建立气液两相流动量方程和连续性方程,完善模型对气泡和液滴夹带的处理。建立模型的闭合关系式,对关键参数(壁面及气液相间水力摩阻系数、液塞平移速度、平均液塞长度)的计算闭合关系式进行优选,得到适用于模型的闭合关系式,同时,对液滴和气泡的夹带给出夹带条件及相关参数计算式,最终建立基于段塞流的通用气液两相流模型。使用3组不同来源的实验数据验证了模型计算压降和持液率的准确性,实验数据分别来自中国石油大学(华东)、大庆油田实验基地的气液两相流实验以及国外研究人员的实验研究,包含各个气液流型。模型具有较高的计算精度,优于未经关系式完善和优化的原始模型,大部分压降及持液率参数的计算误差在±15%以内。     

垂直管内两相流流型的实验研究

为正确预测气井井筒气液两相流动规律,在多相流实验平台上开展了不同管径(28、60 mm)和不同压力(0.10、0.50 MPa)下空气/水两相流流型实验,利用高速摄像机再现了泡状流、段塞流、搅动流和环状流的流型结构和过渡现象,绘制了实验流型图,对比了管径、压力对流型过渡的影响以及分析了环状流形成与液滴夹带的关系,在气液两相流实验的基础上,以环状流形成过程为例,从流型的物理现象着手,对环状流形成的机理进行了定义和数学建模,从而建立了产液气井两相流流型转变组合机理模型。将该组合机理模型和不同管径、不同压力下的实验结果进行对比,发现新模型均能正确预测各流型间的转变条件,具有一定的通用性。     

水平油气两相流中液滴分布的衰减系数

引　言在石油、天然气的开发过程中 ,在通常的操作条件下 ,水平管线中的两相分离流 (指分层流和环状流 )是常见的流动结构 在较高的气相流速时 ,液滴可从液膜表面上被撕破而进入到中心气核中去 .液滴和其携带流体间的相互作用和相间滑移的存在强烈地影响着流动时的压降特性 ,而液滴浓度在管截面上的不均匀分布 ,也影响气相速度的分布以及对相份额的准确计算和测量 .众所周知 ,管路的压降和相份额数据是两相或多相流输送管线和管路终端处理设备的设计及安全、经济运行的最重要依据 .由此可见 ,在两相输送过程中对液滴传输特性研究的重要性 .…     

水平管道气液两相流中空隙率对动态压降信号的影响

引　言在化工、石油及动力等工程中 ,气液两相流动现象极为普遍 ,其研究得到了人们的广泛重视 .气液两相流动中的管道平均压降与其他流动条件及参数之间的关系已有较多的研究 ,得到了大量数学模型和经验公式可资工程设计应用[1,2 ],但对管道压降动态特性的研究还不多见 .而对于两相流系统安全性能的设计和运行状态监控等方面 ,管道压降的动态特性无疑是极为重要的参数 .另一方面 ,气液两相流动体系中的空隙率是表示气相浓度 (含气率 )的常用指标之一 ,它对确定气液两相流系统的流型、气液分相流量以及管道中的摩擦压降、重力压降和惯性压降…     

基于图像法的环雾状流液滴参数测量与分析

环雾状流广泛存在于石油化工领域,其内部流场测量具有重要意义。本文结合光学图像法和高速摄影技术对撞针式喷嘴的雾化特性进行了测量分析,以此为基础对基于雾化混合的环雾状流中夹带液滴特性开展了实验研究。利用高速摄影技术对喷雾进行可视化,采用单帧单曝光法对液滴尺寸和速度信息进行提取。研究发现,液滴速度随轴向距离增大呈衰减趋势,且相同轴向距离（约在径向位置10mm处）条件下,速度达到峰值;液滴索泰尔平均直径（SMD）随喷嘴孔径d₀的增大而增大,并与液相质量流量m_l和喷嘴上下游压差?p均呈负相关;另外,在环雾状流环境中,相同气压条件下液滴SMD随气相体积流量Q_g增大而减小,而相同气相体积流量条件下SMD随气压p_g增大而增大。基于实验测量结果,以气相韦伯数We_g和液相雷诺数Re_l为主影响参数,引入相间滑移和压力系数建立了基于量纲分析的环雾状流液滴SMD预测模型,平均绝对百分比误差MAPE为11.4672%。     

THEORETICAL SIMULATION OF HIGHLY EFFECTIVE COOLING WITH AN EVAPORATING ANNULAR FLOW IN A VERTICAL TUBE

A new concept is proposed for the highly effective cooling of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) using the downward annular two-phase flow of high-speed air and subcooled water in a small vertical tube. Numerical simulations based on the two-phase flow boundary layer model are performed to investigate the heat and mass transfer characteristics of the annular flow with uniform heat flux at the tube wall. The coupled heat transfer due to evaporation and convection and the effects of various relevant parameters on the temperature profiles on the wall and of the gas core are studied. It is shown that annular two-phase flow of air and subcooled water in a small vertical tube can provide high heat transfer rate through the evaporation of the water film, while still maintaining low wall temperature. This cooling method is found to be encouraging for use in the highly effective cooling of PEMFC.     

水平微翅管内环状流两相强制对流蒸发换热的计算模型

对水平微翅管内的环状流流动和换热特性进行了分析.考虑微翅管内环状流液膜中的扰动和二次流的作用,借用粗糙管速度分布和摩擦相似函数建立了水平微翅管内环状流两相强制对流蒸发换热系数的预测模型.理论计算值与实验数据相比较,结果较令人满意.     

预测水平管气-液环状流周向液膜厚度分布的理论模型

针对水平环状流液膜厚度沿周向分布的不对称性 ,用 5组双平行电导探针测量了水平管内气液环状流沿周向的瞬态液膜厚度 ,得到了平均液膜厚度沿周向的分布规律 .分析了液膜向上输送的机理 .为更为准确地预测液膜厚度 ,综合考虑了扰动波抽吸作用机理、气体二次流机理及液滴沉降和携带机理 ;通过量级比较和应力平衡的方法 ,提出了一个预测液膜厚度沿周向分布的理论模型 .数值模拟结果表明预测值与实验测量结果符合较好     

基于环雾流理论的气井临界流速预测模型

井筒积液是伴随气井生产的常见现象，积液会导致气井产量降低，严重时甚至会使得气井停产。精确的积液预测有助于及时采取措施以减少积液带来的危害，而临界气体流速是气井积液预测的关键。回顾了气井积液预测的相关研究，指出了最小压降模型、液滴模型的局限性，基于现有实验观察认为液膜模型有较好的适用性。考虑到斜井中液膜周向不均匀分布及气相核心中液滴夹带，提出了更符合实际的环雾流模型用于不同管径、不同井斜角下的气井积液预测。基于以往室内实验数据和现场生产数据，将新模型与现有6种积液预测模型进行对比评价。综合考虑模型预测结果正确率及预测误差，认为新的环雾流模型较其他模型预测结果更优，可准确方便地对气井积液进行预测。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HIGHLY EFFECTIVE COOLING WITH AN EVAPORATING ANNULAR FLOW IN A SMALL VERTICAL TUBE

An experimental study was performed to investigate the heat transfer characteristics of the non-boiling annular two-phase flow of nitrogen gas and subcooled water through a small vertical heated tube with uniform wall heat flux. The experimental results were compared with the numerical calculations based on the two-phase flow boundary layer model. The experimental data show that the annular two-phase flow of nitrogen gas and subcooled water in a small vertical tube can provide quite high heat transfer ability, while wall temperatures lie in a low range even if at quite high wall heat fluxes. In particular, the highest values of the wall temperatures are insensitive to the change of flowing and heating conditions. This characteristic is quite suitable for highly effective cooling of polymer electrolyte membrane fuel cells.     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HIGHLY EFFECTIVE COOLING WITH AN EVAPORATING ANNULAR FLOW IN A SMALL VERTICAL TUBE

An experimental study was performed to investigate the heat transfer characteristics of the non-boiling annular two-phase flow of nitrogen gas and subcooled water through a small vertical heated tube with uniform wall heat flux. The experimental results were compared with the numerical calculations based on the two-phase flow boundary layer model. The experimental data show that the annular two-phase flow of nitrogen gas and subcooled water in a small vertical tube can provide quite high heat transfer ability, while wall temperatures lie in a low range even if at quite high wall heat fluxes. In particular, the highest values of the wall temperatures are insensitive to the change of flowing and heating conditions. This characteristic is quite suitable for highly effective cooling of polymer electrolyte membrane fuel cells.     

气－固并流上行系统的环／核内循环流动结构模型

提出了一个概念合理、预测性能好的两通道模型，描述垂直向上气固流动系统的环／核内循环流动结构。基于气固相互作用最少及质量、动量守恒原理，确定了气固两相流动状态、计算结果（如预测核心区半径、核心区及环形区内空隙率、气体速度、颗粒速度及其轴向分布等）合理，且与实验结果有良好的一致性。该模型还可以用于预测在两通道内的曳力系数，气、固返混以及两区间质量交换速率等，对反应器设计具有一定参考价值。     

管内稠密气固两相流数值模拟计算:颗粒动力学方法

基于稠密气固两相流流体动力学模型、颗粒动力学的颗粒湍动能模型 (KTGF)和气体湍动能模型(SGS) ,模拟计算结果得到了实验研究所揭示的环 -核流动结构 .模拟计算与Miller和Gidaspow的实验结果进行了比较 ,颗粒相浓度、速度和颗粒相动力黏性系数分布与实验值基本吻合 .