大流量下倾斜管气液两相流实验研究

在较高的气液范围内,以水和空气为实验介质,在多相流实验平台上进行了倾斜向上的高产量气液两相流模拟实验研究。实验采用内径为40 mm、长8 m的透明有机玻璃管,并利用高速摄像仪记录实验过程中的流型。对实验流型进行分析,发现了倾斜管中低气流速下的一种新的流型-振荡冲击流,并研究了表观气、液流速和倾斜角对气液两相流动中压降的影响,建立气/液膜流动模型来分析表观气、液流速对压降梯度的影响作用,实验研究结果表明:在高气液量范围内,倾斜管中观察到的气液两相流型主要为振荡冲击流、过渡流和环状流,并且倾角对流型转变边界的影响不显著;振荡冲击流压降随气流速的增加而降低,环状流压降随气流速的增加而增加,过渡流压降梯度最小;倾斜管压降梯度随着倾斜角度的增加而增大。     

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.     

高宽比对矩形通道内蒸汽冷凝传热特性及流型影响的研究

通过可视化流型观测及实验测量,研究了单边换热矩形小通道的高宽比对两相流型、平均冷凝传热系数及两相流动阻力的影响,采用高速摄像机拍摄了环状流、环波状流、波状流、弹状流、塞状流及泡状流6种典型流型。研究表明,高宽比为1：2及1：3的通道内出现流型种类较为全面,而在高宽比为1：5通道内基本无弹状流、塞状流及泡状流。1：5通道内环状流所占区域较1：2及1：3通道大,随入口蒸汽质量流速的增加,差值逐步减小。随着通道高宽比的减小,平均冷凝传热系数逐渐增大;不同高宽比通道中平均冷凝传热系数间的差值随入口蒸汽质量流速的增加而减小;蒸汽质量流速足够高时,高宽比对传热系数基本无影响。通道内两相流压降随通道高宽比的减小而增大;随着入口蒸汽质量流速的增加,不同比例通道内的两相流动压降差距逐渐增大。     

高宽比对矩形通道内蒸汽冷凝传热特性及流型影响的研究

通过可视化流型观测及实验测量,研究了单边换热矩形小通道的高宽比对两相流型、平均冷凝传热系数及两相流动阻力的影响,采用高速摄像机拍摄了环状流、环波状流、波状流、弹状流、塞状流及泡状流6种典型流型。研究表明,高宽比为1:2及1:3的通道内出现流型种类较为全面,而在高宽比为1:5通道内基本无弹状流、塞状流及泡状流。1:5通道内环状流所占区域较1:2及1:3通道大,随入口蒸汽质量流速的增加,差值逐步减小。随着通道高宽比的减小,平均冷凝传热系数逐渐增大;不同高宽比通道中平均冷凝传热系数间的差值随入口蒸汽质量流速的增加而减小;蒸汽质量流速足够高时,高宽比对传热系数基本无影响。通道内两相流压降随通道高宽比的减小而增大;随着入口蒸汽质量流速的增加,不同比例通道内的两相流动压降差距逐渐增大。     

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。     

分体管壳式余热锅炉内摩擦及局部压降

通过搭建可视化分体管壳式余热锅炉实验平台,对其下部管壳内汽液两相横向冲刷水平管束时摩擦及局部压降的计算进行了研究。在测量竖直上升管内截面含汽率时,将粒子图像测速（PIV）技术与传统压差法相结合,针对上升管中出现的泡状流型,给出了计算截面含汽率的新方法;在竖直上升管内定义了一种泡状-段塞流的新流型,并分析得出将质量含汽率x=10^-4作为区分泡状流与泡状-段塞流的边界。根据汽液两相横向冲刷管束时摩擦压降与局部压降类似的产生规律,将两者作为整体分析,通过借鉴Chisholm计算方法对实验数据进行处理,重点对汽液两相横向冲刷管束时摩擦及局部压降的计算进行研究,得到了可用于计算摩擦及局部压降的关联式。对所得实验数据验证计算后发现,误差在±20%以内,能够较好地满足工程计算需要。     

分体管壳式余热锅炉内摩擦及局部压降

通过搭建可视化分体管壳式余热锅炉实验平台,对其下部管壳内汽液两相横向冲刷水平管束时摩擦及局部压降的计算进行了研究。在测量竖直上升管内截面含汽率时,将粒子图像测速(PIV)技术与传统压差法相结合,针对上升管中出现的泡状流型,给出了计算截面含汽率的新方法;在竖直上升管内定义了一种泡状-段塞流的新流型,并分析得出将质量含汽率x=10?4作为区分泡状流与泡状-段塞流的边界。根据汽液两相横向冲刷管束时摩擦压降与局部压降类似的产生规律,将两者作为整体分析,通过借鉴Chisholm计算方法对实验数据进行处理,重点对汽液两相横向冲刷管束时摩擦及局部压降的计算进行研究,得到了可用于计算摩擦及局部压降的关联式。对所得实验数据验证计算后发现,误差在±20%以内,能够较好地满足工程计算需要。     

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。     

矩形截面螺旋通道气液两相流可视化研究与压降计算

对水平放置的矩形截面螺旋通道内空气-水两相流动进行了实验研究。通过高速摄影仪对其内部的流动进行可视化研究,实验中观察到了柱塞状流、弹状流、分散泡状流、环状流;实验测量了通道内两相流动摩擦压降,并与Chisholm模型下的预测值进行比较,实验结果表明:流型很大程度上制约着矩形截面螺旋通道内两相摩擦阻力,采用分流型计算矩形截面螺旋通道摩擦压降的方法可以有效提高预测精度;Chisholm模型适用于间歇流和环状流状态下的压降预测,对于分散泡状流状态下的压降预测偏差较大。     

微通道内伴有化学吸收的气液二相流型

采用高速摄像仪对T型进口的矩形微通道内气液二相流型进行了实验研究,实验物系采用单乙醇胺(MEA)水溶液-N2和单乙醇胺水溶液-CO2。对于无相间传质的单乙醇胺水溶液-N2二相流动过程,观测到了泡状流、弹状流、弹状-环状流和液环流;对于伴有化学吸收的单乙醇胺水溶液-CO2二相流动过程,未观测到泡状流,而观测到弹状-泡状流。在实验范围内,随着深宽比减小,无论是否伴有化学吸收,弹状流区域均减小;对伴有化学吸收的气液二相流,随化学反应速率的增大,流型转换线向右移动。以化学反应速率为控制参数,分别给出流型转换判别式,预测结果与实验数据吻合良好。在弹状-泡状流型中,随着气相表观流速的下降和液相表观流速、深宽比以及化学反应速率的上升,微通道内临界泡状距离减小。     

小曲率蛇形微通道弯头处弹状流流动及传质特性的数值研究

采用CLSVOF（coupled level set and volume of fluid）方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的综合影响;同时深入分析了弯管内气液两相流动的传质特性,包括不同曲率下气泡长度的变化,弯管内液侧体积传质系数与液膜体积传质系数的比较,曲率及气相速度对液相体积传质系数的影响。同时,对比了回转弯道与直微通道传质系数的差异,发现弯微通道可以强化传质。     

扰流型喷枪顶吹管内特殊两相流流型实验

主要对自主设计的渐缩管、渐扩渐缩管、螺旋管和四孔管进行水-空气两相流混合顶吹实验,并得出了扰流型喷管的管内流型变化规律。实验通过对可视化特殊喷管内的气液两相进行高速拍摄,并调节水与空气两相各自的体积流量,获取不同喷管中出现的特殊流型照片及视频。实验结果表明：在表观气速和表观液速变化时,除渐缩管外,其他特殊喷管的流型转变均有一定规律性;渐扩渐缩管内截面半径变化较大,易产生环状-搅拌流,并有典型泡状流出现,螺旋管由于轴向环流速度的影响,会产生大密度泡状流并逐渐过渡到有旋流趋势的环状流型,特殊结构的四孔管中流型较稳定,短暂出现泡状流、弹状流后形成稳定环状流。四孔管的设计最利于冶金熔炉中柴油-氮气混合两相流喷吹,形成的气泡群中单个气泡直径较小,柴油被充分细化打散,渣层中的还原反应更充分,能有效提高柴油对渣层中磁性铁的还原率。     

微通道内低沸点工质流动沸腾压降特性

在压力为0.5～1.7 MPa,质量流量为381～2291 kg·m^-2·s^-1,干度为0～1.0的工况范围内试验研究微尺度通道内低沸点混合工质R32/R134a的流动沸腾压降性能,同时对两相流流型进行可视化观察。微尺度通道内径为1.92 mm,0.86 mm和0.5 mm相似文献   

水平管内气液段塞流液塞长度发展规律的实验和模拟研究

In petroleum industry, the slug flow is a fre-quently encountered flow regime in multiphase flowpipeline. For pipeline designers, the liquid slug lengthdistribution is important for the proper design ofdownstream facilities, such as slug catcher and sepa-ration system. However, for its transient and unsteadynature, it is a great challenge for engineers to correctlypredict the flow parameters of slug flow, especiallythe maximum liquid slug length. The unit cell model for slug flow in horizontal…     

水平管道油气二相段塞流稳态流动特性

使用通过自行设计并搭建的实验装置,对水平管道油气二相段塞流稳态流动特性进行了实验研究。采用压力信号互相关方法测量了段塞流平均液塞速度,通过分析得到了液塞速度、液塞长度和液塞频率随气、液相折算速度的变化规律。结果表明,当液相折算速度恒定时,随着气相折算速度的增大,液塞速度基本上呈线性增大,而液塞长度呈双曲线减小;当气相折算速度恒定时,随着液相折算速度的增大,液塞频率基本呈线性增大,而液塞长度呈双曲线减小。     

对称分支并行微通道中气液两相流的均匀性规律

采用高速摄像系统研究了对称分支形并行微通道内气液两相流及弹状气泡均匀性规律。实验中分别采用含0.3% SDS的甘油-水溶液与氮气作为液相和气相。观察到弹状流和泡状流两种流型,作出了由两相操作条件构成的流型图及流型转变线。结果表明,气泡非均匀性主要由两微通道内流体之间的相互作用、下游通道中流体动力学的反馈作用以及通道制造误差造成。随液相黏度增大,气泡均匀性变好;在高液相流量以及低气相压力下操作,气泡尺寸分布更易达到均匀。基于压力降守恒原理和微通道内气液两相流阻力模型,构建了两通道中气泡尺寸的预测模型。     

An experimental investigation of gas-liquid two-phase flow in single microchannel contactors

This paper describes two-phase flow pattern and pressure drop characteristics during the absorption of CO₂ into water in three horizontal microchannel contactors which consist of Y-type rectangular microchannels having hydraulic diameters of 667, 400 and , respectively. With the help of a high-speed photography system, flow patterns such as bubbly flow, slug flow (including two sub-regimes, Taylor flow and unstable slug flow), slug-annular flow, churn flow and annular flow were observed in these microchannels. The applicability of the currently available correlations for describing flow pattern transitions in microchannels has been examined. Generally, the predicting performance of these correlations deteriorates as the channel diameter further reduces. Toward solving this discrepancy, an empirical correlation based on the superficial Weber numbers was developed to interpret the transition from Taylor flow to unstable slug flow in three microchannels. Taylor bubble formation process in microchannels was found to be in the squeezing regime at lower superficial liquid velocities (Ca ranging from 0.0019 to 0.029) while the transition to the dripping regime was observed at the highest superficial liquid velocity of 1.0 m/s. Lengths of Taylor bubbles formed in the squeezing regime can be well represented by the scaling relation proposed by Garstecki et al. [Formation of droplets and bubbles in a microfluidic T-junction—scaling and mechanism of break-up. Lab on a Chip, 6, 437-446]. For flow patterns including slug-annular flow, annular flow and churn flow, a simple analysis based on the separated flow model has been performed in order to reveal the observed effect of the superficial liquid velocity on two-phase frictional multiplier in the present microchannels. Then, reasonable correlations for the prediction of two-phase frictional pressure drop under these flow patterns were suggested.     

水平管内油气水三相流动摩擦阻力压降特性研究

对水平管内油气水三相流动的摩擦压降特性进行系统的理论和实验研究 ,建立了泡状流和环状流摩擦压力降的理论模型 ,揭示了摩擦压力降随折算气速、折算液速、油水混合物含水率及管径的变化规律。实验结果与理论计算结果相吻合。     

微通道分流弹状流的界面过程及压力演变规律

弹状流分流不仅能调控两相流流型从而强化传热,同时也是生物化工、制药行业的传统过程。针对壁面微通道分流液相、调控两相流型的过程进行数值模拟,获得局部参数变化规律,是获得两相流流型演变机理的基础。采用VOF模型耦合动态自适应网格精准追踪气液界面,模拟气液界面在分液口的界面运动;获得轴向及壁面静压、动压的演变规律。通过模拟可知微通道分流弹状流的关键是气弹在分液口的类活塞运动;同时由于界面拉普拉斯压力差的存在,弹状流压降具有不连续性;且此不连续压力随气弹在分液口的类活塞运动具有周期波动性。而弹状流液桥部分的局部压降是影响总压降的关键;近气弹头部的液相区压降显著,近气弹尾部的液相区域由于液速降低其压降明显衰弱;此为弹状流有别于其他两相流流型的压降特点。