起伏振动状态下水平管内两相流多尺度熵分析

将振动装置与气液两相流实验回路相结合,对起伏振动状态下水平通道内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并此采集压差波动信号。同时采用多尺度熵方法对102种流动条件6种流型的压差波动信号进行分析。研究结果表明:起伏振动状态下水平管内主要流型包括泡状流、珠状流、炮弹流、弹状-波状流、沸腾波状流及环状流。利用小尺度下样本熵的变化速率特征可以明显区分水平通道内气液两相流型,而大尺度下样本熵的变化特征可以反映不同流型的动力学特性。     

水平管内气液两相流型及换热的研究进展

通过系统介绍水平管内凝结的气液两相流型,以及不同坐标形式的流型图,得出水平管内环状流、波状流和雾状流之间转换的判据。另外,列举了水平光滑管和内螺纹管内凝结换热的经验型关联式,为计算管内凝结换热提供依据。并提出了下一步研究工作的建议。     

一种差别制冷剂水平管内两相流型的新方法

本文提出了一种用双热电偶判别制冷剂水平管内两相流型的新方法,通过实验验证,证明利用本方法可以成功地区分制冷在水平管内冷凝时的环流、分层流、波状流、弹状流、塞状流和泡状流六种主要流型。     

一种判别制冷剂水平管内两相流型的新方法

本文提出了一种用双热电偶判别制冷剂水平管内两相流型的新方法。通过实验验征,证明利用本方法可以成功地区分制冷剂在水平管内冷凝时的环流、分层流、波状流、弹状流、塞状流和泡状流六种主要流型。     

并联矩形突扩微通道气液两相流动特性研究

微尺度下的相变强化传热是微电子领域散热的研究热点,而微通道内气液两相流流型和压降分析是微流动系统设计和控制的基础。本文针对并联矩形突扩微通道,通过流型可视化、理论分析及实验研究的方式,对微通道内两相流动特性进行了分析研究。通过可视化实验,在并联矩形突扩微通道内观察到了4种典型流动,分别为泡状流、塞状流、弹状流和环状流。当Qg=110 m L/min、Ql=20 m L/min时,两相流动流型达到最大程度的射流状态,出现充分流体射流情况。通过建立压降预测模型,结合实验结果分析了压降模型的适用性和精度,结果表明:含有突扩结构的并联矩形微通道在质量流速为367～691 kg/(m2·s)范围内的压降预测模型的平均预测误差为18. 56%,优于经典文献中的预测精度,且随着整体压降的增大,预测精度增大。     

基于流体诱发管道振动的气液两相流型识别

通过对不同流型的气液两相流流经管道时诱发的管道振动特性的实验研究,提出了基于流体诱发振动的非接触式在线两相流流型识别新方法.通过安装于测试管道外壁的振动传感器测量不同流型下气液两相流诱发的振动信号;采用小波包分析提取了表征流型变化的振动信号能量特征向量;以能量特征向量作为模型输入,建立了概率神经网络模型用于识别分层流、...     

循环预冷气液两相流压降特性及引射气等效研究

分析了液体运载火箭低温动力系统循环预冷的驱动力,总结了管路内气液两相流动压降的主要计算方法,深入研究不同工况垂直管路上升低温气液两相流压降各组成部分比例情况及影响因素,得到了气液两相流不同气体组分间压降等效转化关系,并利用计算模型与实验数据进行了对比验证,为低温动力系统循环预冷工程应用和仿真分析提供参考。     

润滑油和纳米材料对蒸发两相流型影响模拟分析

理论模拟了润滑油、纳米材料的添加以及质量流量对蒸发换热管内制冷剂流体流型的影响。润滑油的溶入促使各流型转换提前,制冷剂质量流速越高,弹状流区域扩大,含量相同及特性相近的润滑油对两相流的影响相近,与纳米Al2O3的影响相比,纳米CuO的添加更加压缩了弹状流区域。     

水平管内流动冷凝流型图研究进展

水平管内流动冷凝的两相流型对其传热与流动的研究十分重要,流型图则是流型辨别及其转换判断的重要工具。本文总结了目前水平管内流动冷凝流型图及其转换标准的研究进展,列举了七种针对流动冷凝提出的流型图:Breber et al.(1980),Tandon et al.(1982),Cavallini et al.(2002,2006),El Hajal et al.(2003),Kim et al.(2012)和Nema et al.(2014),根据现有的研究,发现目前的两相流型图大多针对绝热条件及流动沸腾所提出,其应用于流动冷凝中存在一定的偏差,而流动冷凝两相流型图目前研究还较少。另外,现有的流型图大多针对常规管道和基于常温常压工质所提出,其应用于微管道和低温或高压等工质存在一定的困难,且其研究还未能与传热及压降模型的研究实现较好的联系。     

变工况气液段塞流诱导的柔性立管振动响应

柔性立管广泛用于海洋油气输送,因管内气液两相流压力、密度等的时空变化,易激发立管的振动响应。针 对水动力段塞流诱导的柔性立管振动响应问题,在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线 型柔性立管模型振动响应测试,采用非介入高速摄像测试方法同步捕捉了柔性立管模型的振动位移与管内气液两 相的流动特征。通过改变段塞流混合流速（0.8~3.0 m/s）和气液比（1.0~11.0）,剖析了振幅与振频的时空分布、振 动模态切换等振动特性与管内液塞长度、运移速度、流动频率间的内在联系。结果表明：柔性立管模型的振动主要 由一阶模态主导,振动模态随时间发生切换,即存在时间上的模态切换,根据其特征,辨识了三种模态切换形式,对 实验组次进行了分区。不同的模态切换形式与管内的段塞长度、段塞流动频率以及段塞在管内的分布有关。     

基于均相和分相流模型的干度计量方法

通过对气液两相流中均相流和分相流模型的分析,推导了一个双节流元件组合式的两相流干度测量公式,分析了公式的适用范围。设计了垂直上升孔板和垂直下降丘利管串联相组合的实验验证装置,并以空气和水为工质进行了实验研究。实验研究表明,在环状流区垂直下降丘利管的压降特性非常接近于均相流模型的计算结果,而垂直上升管内孔板的压降可用修正的均相流模型来计算。此方法在本次实验的干度范围内测量值均方根误差为7％。     

水平气液两相管路压降计算方法研究

气液两相管路压降的准确预测对气液两相流管路的设计和安全运行有着重要的意义。有必要对这些压降计算方法在生产实际中的应用进行研究。本文对两相流的流型判别、持液率和压降的计算方法作了介绍,分析并选取了合适的持液率关系式并结合不同的压降关系式进行计算,通过编写不同压降关系式的计算程序,对水平气液两相管流,选取了冲击流和团状流共六个实例的压降进行了计算,将计算结果与实测值进行了对比分析。通过学习气液两相管流的相关计算方法,加深了对气液两相管流的理解,同时也学到了更多的工程分析方法。     

微通道内气液两相流型的数值模拟

为了解微通道内气液两相流型对换热器热质传递的影响,建立了微通道内气液两相流型的数值模型。本文对微通道内气液两相波纹流、环状流和弹状流进行模拟,采用VOF界面追踪方法来描述气液相界面,并考虑了表面张力和重力的影响,并建立了预测微通道内气液两相流型的数值模型。通过与已有文献中的实验数据对比,验证了模型的可靠性。     

高黏度流体用阀门管路系统振动特性研究

在研究高黏度流体的阀门管道系统振动失效问题时,考虑高黏度流体黏性和阀门动态关闭过程对管路振动的影响,从流固耦合角度分析并优化管路的振动。首先以高黏度流体的三维折弯管为例,采用有限元模拟分析与实验测量两种方法相对比,验证了有限元模拟方法的可靠性。通过SOLIDWORKS软件建立截止阀和管路三维模型,采用FLUENT软件动网格技术,在ANSYS WORKBENCH中搭建流场与结构的耦合模拟平台,通过分析得出截止阀在不同的关闭方式,管道受冲击后的变形量存在差异,其中以正弦方式关闭造成的变形量最小;不同的支撑位置对结构变形的影响较大;随着壁厚增加,管道流固耦合振动效应有小幅度降低;随着管路折弯半径增加,系统流固耦合振动频率有小幅上升。为高黏度流体的阀门管道系统设计和应用提供科学依据。     

振荡流下柔性立管涡激振动时域响应研究

引入受迫振动试验所得流体力系数库,采用全新的锁定判定区间及锁定准则,针对柔性立管振荡流条件下涡激振动问题提出了一套可供选择的时域预报数值方法。涡激振动流体力由瞬时来流速度及立管截面运动共同决定,相关流体力系数为无因次幅值及频率的函数。基于上述方法对某4 m立管模型不同KC数及最大约化速度的振荡流工况进行模拟,预报结果与相应试验实测吻合较好,并捕捉到振幅调制、迟滞、频率转换及高频谐振等现象。进而,对于不同KC数及最大约化速度组合的振荡流工况下立管动力响应表现出的诸多有别于定常流条件的特性,从涡激振动发生机理层面进行分析讨论并给出合理解释。最后,通过对振荡流与均匀流下立管涡激振动响应进行对比发现,在流速相当的条件下,振荡流工况的涡激振动均方根位移大于对应均匀流工况的对应值;而当最大约化速度相同时,较小的KC数对应较大的涡激振动均方根位移。     

内输多相流与绕流耦合作用下立管非线性振动

对内输多相流立管在内流与外部绕流耦合作用下的振动响应进行了分析。建立了内部多相流-立管-外部绕流的耦合方程,并采用广义积分变换法(GITT)将偏微分方程转化为常微分方程进行求解。分析得到立管内两相流会引起立管自然频率的降低,管内流速越高,立管越长,两相流作用越明显;立管在内流和外部绕流共同作用下,管内含气量的增加,使立管发生涡激振动的频率降低,振动幅值增加;管内两相流的作用会引起立管在较小的外部流速下发生共振并且会诱发立管发生更高一阶模态的振动;外部绕流流速越高,管内两相流作用越小。     

内输多相流与绕流耦合作用下立管非线性振动EI北大核心CSCD

对内输多相流立管在内流与外部绕流耦合作用下的振动响应进行了分析。建立了内部多相流-立管-外部绕流的耦合方程,并采用广义积分变换法(GITT)将偏微分方程转化为常微分方程进行求解。分析得到立管内两相流会引起立管自然频率的降低,管内流速越高,立管越长,两相流作用越明显;立管在内流和外部绕流共同作用下,管内含气量的增加,使立管发生涡激振动的频率降低,振动幅值增加;管内两相流的作用会引起立管在较小的外部流速下发生共振并且会诱发立管发生更高一阶模态的振动;外部绕流流速越高,管内两相流作用越小。     

管道内流对海洋弹性管振动影响的数值仿真研究

管道的内部流动对于海洋弹性管道而言是一种重要的振动诱发因素,但是目前相关理论较少。运用CFD单双、向流固耦合分析方法,开展了管道内流对海洋弹性管道振动响应影响的研究。通过仅考虑外流的模型试验与数值仿真结果对比分析,发现在外流速度较低时该分析方法与实验结果吻合度较高;在同时考虑内流和外流的工况中,发现内流速度会对管道的振动频率及幅度造成不同程度的影响。在内流速度相对比较小时,管道内流对管道的振动频率及振幅影响都较小;在内流速度相对较大的时候,管道内流对管道横流向振幅及顺流向振型影响较为明显,促使管道在低频段更容易发生共振现象,增加管道的疲劳损伤可能性。该研究关于管内流动对于海洋弹性管道影响的研究,对于弹/柔性管道的结构强度设计和疲劳分析具有一定的参考价值。     

超高温旋喷式气体射流洗井过程两相流研究

本文介绍了新型超高温旋喷式气体射流洗井器洗井机理,并从机理出发,深入分析了井筒中两相流的流型过渡与传热过程。根据现场所测得的实验数据,研究了流态不稳定导致的井口振动在横、纵向的模态,从侧面分析了两相流体在井筒中的振荡特性,也为下一步模拟打下基础。本文借此试验从更深层次说明了两相流理论的研究对高温气体射流洗井工艺的重要意义。     

弹性管束湿模态频率变化对传热特性影响分析

为了研究弹性管束湿模态频率变化对其传热特性的影响,以弹性管束为研究对象,进行实际运行工况下的建模及湿模态数值模拟分析。通过附加质量系数表征弹性管束湿模态频率的变化情况,在考虑流体介质的流速及黏度的影响下,计算得到湿模态频率相应的附加质量系数,并通过湿模态频率的改变对弹性元件换热性能进行分析。分析认为:流体的黏度越高,对弹性换热管束施加的附加质量系数就越大,使弹性元件的湿模态频率降低的越多,处于流场中的弹性元件湿模态频率随来流速度的增加而上升;弹性元件受外部流场流体黏度与速度的影响,湿模态频率越高,受到流体的附加质量系数越小,表面换热效果越好。