微矩形管道内气液两相流动的研究和应用

气液两相流技术是蒸发冷却电机冷却系统设计的关键问题,本文围绕电机空心导线内气液两相流动的研究展开论述,从经验模型和唯象模型两个角度叙述了近年来微矩形管道内气液两相流动取得的进展及存在的问题,并提出了新的研究方向.介绍了蒸发冷却电机在中国的发展现状和未来展望.     

基于滑速比模型的气液两相流截面含气率计算方法评价

准确计算气液两相流截面含气率是正确预测两相流压降、合理制订生产方案的关键。滑速比模型在截面含气率的计算中应用最为广泛。为此,对基于滑速比模型的常用计算方法进行系统评价,收集了公开发表的295组截面含气率数据,建立了真实可靠的实验数据集,提出了综合评价体系,引入了灰色关联分析法,对不同方法的计算精度、预测性能、灰色关联度和适用范围进行了全面分析。结果表明,对于垂直上升管气液两相流,在截面含气率全范围内,Smith方法最为推荐,其预测准确性最好,灰色关联度排序第一;各计算方法的最佳适用范围为0.7~1.0;在截面含气率为0.7~1.0,L-M方法的计算精度及预测性能最好。该成果为气液两相流截面含气率计算方法的选择提供了理论依据。     

用于气液两相流测量的正弦电流激励源的设计

气液两相流广泛存在于自然界和工业工程当中,对两相流参数(流型、相含率等)的测量对工业过程的控制及优化有重要意义。多截面电导信息截面检测系统可以用于对气液两相流参数的测量。正弦恒流激励源是多截面电导信息截面检测系统的主要环节,对能否得到有效的两相流的电阻信息有重要作用。应用FPGA技术和DDS技术,实现了100kHz双极性正弦恒流源的产生。测试结果表明,利用FPGA和AD9852及放大器构成的VCCS(电压控制电流源)正弦恒流源具有稳定性好,精度高,带负载能力大等特点,满足工业过程中对气液两相流参数测量的要求。     

汽轮发电机定子强迫蒸发冷却循环流动与传热计算

基于C语言编程软件和气液两相流相关理论,在忽略绕组线棒辐射散热的情况下,对汽轮发电机定子采用强迫蒸发冷却循环时的流动与传热进行了编程计算,得到了汽轮发电机定子的蒸发点、循环流量、压力和温度分布。结果表明,随着绕组线棒热负荷增加,蒸发点提前,循环流量减小,压力平衡器前的含气率增加;当含气率增加到某一临界值时,可能造成危险工况,因此必须通过计算确定临界热负荷。     

基于图像处理的管束间气液两相含气率的实验研究

将数字图像处理方法应用到管束间气液两相流动含气率的检测并研究其分布特性.采用高速摄影仪,拍摄管束间气液两相流动的流型图像,利用图像处理技术对流型图像进行灰度增强、二值化、边缘检测等处理,然后计算出两相流动不同时刻的含气率.实验结果表明,该方法能够满足测量要求,可以用于管束间两相流动参数的检测.将2种管束的含气率值与模型预测结果比较,发现Feenstra模型和Dowlati 模型能较好地预测含气率.比较管束不同方向的含气率分布特性,发现壁面位置含气率低,管束中心含气率高.     

垂直上升管内气水两相流动截面含气率的测量

采用水平－上升管组合法测量垂直上升管内气水两个流动在泡状流和弹状流情况下的截面含气率，同时应用理论模型结果进行预测，预测值与测量结果吻合良好，从而证实此方法在工程应用中是一种简单，准确，可行的测量方法。     

气液两相流并列双方柱绕流涡脱特性数值研究

采用有限容积法,综合考虑了由剪切引起的紊流和由气泡引起的紊流关系式,基于双流体模型,对不同含气率、不同间距比下气液两相流并列双方柱绕流旋涡脱落特性进行了数值模拟。通过计算发现：气液两相流并列方柱绕流,在间距比T/D<2.0时,双方柱尾迹模式是偏流模式,且宽窄尾迹流是通过中间模式(非偏流)相互转化的;在偏流模式中,拥有宽尾迹模式的柱体具有更小的阻力,拥有窄尾迹模式的柱体具有更大的阻力,而中间模式两柱体阻力相当;在间距比T/D32.0时,双方柱尾迹是“同步”模式,在T/D=2.0时,双方柱以同步同相旋涡脱落形式为主,T/D=2.5、3.0、5.0时,双方柱以同步反相旋涡脱落形式为主。来流含气率增大对抑制气液两相流绕并列双方柱流动的涡街生成贡献很大,当含气率增大到0.12时,没有稳定涡街生成。对气液两相流并列双方柱绕流频域过程分析发现：来流严格对称的情况下,并列两方柱运动参量频域过程是非对称的,两柱体长时间所受到的流体作用是不一样的。     

铝银电池电液循环泵气液两相流动特性仿真

为进一步了解气液两相工况下的铝氧化银电池电液循环泵内部流动特性,选取比转数ns=63.7的某型铝氧化银电池电液循环泵作为研究对象,结合CFD数值模拟技术,基于CFX软件中的Eulerian-Eulerian非匀相流模型,对泵内部流动特性进行仿真计算,得到不同进口含气率工况下的中截面压力、气相体积分数分布及流线分布。结果表明：随着进口含气率增加,电液循环泵内流体分布不均匀度增加,叶轮对流体做功能力下降;循环泵内气相分布主要集中在叶片工作面进口区域,随着进口含气率变大,部分流道会被气体严重堵塞,导致泵的流量、扬程产生剧烈波动;随着进口含气率增加,旋涡、回流影响范围逐渐扩大,在旋涡、回流及气液两相滑移的相互作用下,流道内流线分布十分紊乱,产生较大的能量损失,造成扬程及效率下降。     

蒸发冷却技术在环网控制装置上应用的可行性研究

针对环网控制换流阀,充分考虑其冷却需求和运行环境,开展了蒸发冷却技术的应用研究工作,提出了贴壁式自循环蒸发冷却技术方案;针对阀柜的功率模块单元设计蒸发冷却液盒单元,并在阀体额定工况下对液盒的换热能力、控温水平进行实验考核;同时建立液盒内气液两相流模型,对功率模块单元冷却过程中的热场进行了仿真计算;实验测试和仿真计算结果显示贴壁式蒸发冷却技术方案在环网控制装置上应用是可行的,且具有换热效率高、温度分布均匀的优势。     

蒸发冷却介质两相流状态下工频击穿特性的实验研究

一些不燃型氟碳化合物具有非常好的绝缘特性,既可以作为蒸发冷却变压器等电气设备的冷却介质,也可以作为绝缘介质,使得蒸发冷却变压器不燃不爆、安全可靠、经济高效、绿色环保、成本适中,适用于某些特定场合的需求。在作为绝缘介质实际运行过程中,氟碳化合物将以气液两相流状态存在。为研究该工况下介质的绝缘性能,本文参考国家标准研制了实验装置,测量了若干种氟碳化合物介质在两相流状态下的工频击穿电压特性。实验采用3mm间隙的板-板电极,得到了不同工作压力下的工频击穿实验数据,以及击穿电压与工作压力的经验公式。实验结果的统计分析显示两相流状态下工频击穿数据很好地服从于威布尔分布和正态分布,通过计算得到了各工作压力点下击穿电压值的概率分布函数,为蒸发冷却变压器绝缘结构的设计提供了参考。     

水平管内流型转换区湿气流经多孔板的压降特性

较之于传统的单孔板,多孔板有压损系数小、整流、低噪声等多方面优点,在湿气流量测量中具有重要应用价值。以空气和水为两相工质,在水平管内湿气流型转换区对小孔分别呈圆形和矩形的2个多孔板的压降特性进行了实验。结果表明:圆孔、槽孔多孔板的湿气压降特性无明显差别;多孔板的气相压降倍率与气相、液相弗劳德数均密切相关;与实验结果相比,现有均相流模型的预报结果均偏高,现有分相流模型的预报结果均偏低;通过气相、液相弗鲁德数双参数对孔板湿气压降模型进行修正,可明显提高压降关联式的预报准确度;基于均相流模型双参数修正所得的多孔板压降关联式的预报精度最优,对圆孔多孔板、槽孔多孔板的预报偏差分别在±7%、±10%以内。     

增湿活化反应器导流结构优化的数值模拟研究

该文用欧拉 拉格朗日法模拟烟气增湿活化反应器内稀疏气固两相流 ,对气相流场及颗粒相数密度分布分析表明 ,烟气进口位置及进口处的导流设备对反应器内颗粒分布影响显著 ,以双层弧型板做导流设备能够较好地改善其流场和颗粒相分布。图 8参 5。     

用拉格朗日法对气固两相流动的数值模拟

在火力发电设备中，广泛存在着气固两相流动的问题，用计算机对气固流动进行模拟研究已成为重要手段。用欧拉方法对单相介质流动和稀相范围的气固两相流动进行数值模拟，已经得到广泛的应用。而对于浓相范围的气固流动，如流化床锅炉中的煤颗粒输送和床内沸腾等，由于颗粒场的客观不连续性，采用欧拉方法所得到的模拟结果与实际情况有很大偏差。随着计算机容量和计算速度的快速发展，应用拉格朗日法对浓相范围的气固两相流动进行数值模拟已成为可能。本文应用拉格朗日法成功地对漏斗流的运动进行了数值模拟，取得了与实际极为一致的模拟结果。图１参６     

Analysis of performance characteristics of pulsed MHD generator with gas–liquid two‐phase flow

A preliminary analysis of two‐phase flow in the pulsed MHD generator Pamir‐3U is carried out. The two‐fluid model for dusty gas flow is applied to treat the two‐phase working body which consists of combustion gas and liquid particles of Al₂O₃. One‐dimensional time‐dependent calculations show that the velocity lag and the thermal lag between the two phases are large when the particle diameter is 15 μm. The lags become small when the diameter is small because the decrease of the diameter increases the momentum transfer and the heat transfer between the two phases. When the large Lorentz force develops a shock wave, the interaction between the two phases relaxes the shock wave. The increase of the particle diameter decreases the channel current and the power output because the increased diameter decreases the energy conversion from the liquid phase. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 127(2): 15–23, 1999     

科氏质量流量计差分驱动方式研究与实验

在气液两相流发生时,基于单端驱动方式的科氏质量流量变送器的驱动能量不足,从而导致流量管的振动幅值很低,流量计测量误差大,甚至无法正常工作。为此,分析单端驱动方式下变送器的驱动能力和可以提升的空间。提出差分驱动方式,增强驱动能量,且满足本质安全的要求。研制实现电路,应用于科氏质量流量变送器,分别进行气液两相流下驱动能量的对比实验和单相水流量标定实验。实验结果表明,差分驱动方式在相同流量和含气量情况下,使流量管的振动幅值几乎提升1倍;在单相水流量情况下,测量精度依然可以达到0.1级,稳定性好。     

气液两相流动粒子成像测速技术(PIV)研究进展

粒子图像测速技术(PIV)作为一种全新的无扰、瞬态、全场速度测量方法,已被广泛应用于液体或气体的单相流流速场测定。对于两相流PIV技术,目前还处于起步与发展阶段。本文对近年来两相PIV技术的发展及取得的成就进行了回顾,简要地分析了PIV技术在两相流测量中的潜在优势及存在的困难,着重对目前两相流PIV技术中的关键技术-相分离方法进行了较为详尽的总结与评述,并对PIV技术在分散相颗粒尺寸及浓度测量方面的应用进行了讨论。     

气力输送中固相流量测量传热法的研究

将一电加热的传感探头置于气固两相流中,不同流速、浓度及颗粒直径的流动介质将与探头产生不同的传热效果,在确定的输送风量（ 风速） 条件下,通过探头的电加热功率和测取探头的表面温度来测量气固两相流中的固相流量。在模拟稀相气力输送的试验台上,对窄筛分石英砂做了大量不同条件下的输送实验。研究表明,该文首次提出的传热法为气力输送中固相流量的测量提供了一种简单可靠的新方法。图４ 参４     

密相气固两相流管道气力输送的阻力特性

在1∶1比例的工业气力输送系统试验台上,进行了输送管道中气固两相流的阻力特性试验,对影响气固两相流压力损失的主要因素,包括被输送物料的基本性质与特征,输送气体的物性,管道的特性和操作条件四个方面进行了分析与探讨,为气力输送系统的工程设计和理论研究提供了依据。     

再生燃料电池微重力气液分离器性能仿真分析

针对空间再生燃料电池储能系统的应用需求,开发了可在微重力条件下工作的气液分离装置。在水流量239 L/h,气体流量120 s L/h条件下,采用CFX欧拉两相流模型计算了不同转速对分离器性能的影响。计算结果表明,气体分离率随转速升高而下降,功率消耗呈先下降后上升的趋势,转速约2 980 r/min时功耗最小,计算结果和地面试验数据的吻合较好。     

Computer modeling of interaction of gas discharge plasma with solid dielectric barriers

A computer model describing charge transfer in a system consisting of two parallel-plate metallic electrodes covered with solid dielectric barriers immersed in gas medium is proposed. The material of the barriers is supposed to be a non-ideal insulator whose properties correspond to polyethylene and air is considered as a gas phase. The model is based on continuity equations for fluxes of charge carriers and accounts for their drift and diffusion and also for different sources of their generation and losses in different media. The continuity equations are coupled with Poisson's equation for computing electric fields affected by temporal and spatial variations of space charges in the system. Results of the computer simulations are obtained for the case when the applied field in the gas exceeds its breakdown threshold, i.e. charge transfer in the gas phase takes place in the form of an electrical discharge (electron avalanche and streamer). Evolution of generated discharge plasma is analyzed taking into account conditions on gas-solid interfaces and in the bulk of the solid dielectric barriers.