气液螺旋环状流压降特性研究

考虑旋流衰减的影响,对气液螺旋环状流的压降特性进行研究并推导出了螺旋环状流压降预测模型。定义压降旋-直比系数为气液两相螺旋环状流和气液两相直流的压降之比,以此来表征旋流衰减对压降的影响。基于量纲分析的方法对压降旋-直比系数进行分析,推导出其表达式,压降旋-直比系数依赖于Lockhart-Martinelli 参数和气相Froude数变化。最终,得出了气液两相螺旋环状流的压降预测模型。在50 mm内径的水平管内对螺旋环状流的压降特性进行了实验研究,其中气相表观流速变化范围为10~16 m/s,体积含液率（LVF）变化范围为0.6%~4.8%。通过与实验数据进行对比,压降预测模型的相对误差在±15%以内,为工程应用提供了参考。     

气液两相流流过阀门局部阻力特性研究

以空气,水为工质,对进口和出口水平管内气相两相流流过闸阀的局部阻力特性进行了研究,管内直径38 mm、阀门通径4p mm.根据实验结果,总结出了空气和水两相流体流过闸阀时的局部阻力变化规律,并与前人的结果进行比较,提出了闸阀局部阻力修正系数,计算值和实验符合良好.     

上升管内环状流含液体积分数与压降预测模型

对垂直上升管中气液二相环状流的含液体积分数及压降预测进行了研究,在充分考虑了环状流的流型特征以及合理假设的前提下,以二相流动力学理论和Wallis有关经验式为基础,推导出了环状流的数学模型。通过求解力学方程,获得了含液体积分数及压降预测的新模型,将新模型及已有模型与实验数据进行对比,结果表明,新模型不仅与实验结果符合良好,还具有计算速度快的特点,从而为垂直上升管内气液二相环状流含液体积分数与压降的预测提供了一种新的有效方法。     

多旋臂气液旋流分离器压降特性试验

为强化气液离心分离过程,实现在大直径分离器内的气液旋流高效分离,设计构思了一套多旋臂气液旋流分离设备,为气液分离大型化设计提供了一种新思路。在纯气流条件及不同的旋流臂喷出气速下对该分离设备进出口静压差进行了测量,实验结果表明,旋流分离设备静压差在整个运行过程中较为稳定,有较强的可预测性,无量纲标准偏差维持在2%以内,总压降与旋流臂出口气速呈现出良好的平方关系。进一步将总压降分解为入口及旋臂摩擦损失、分离器空间内摩擦损失和出口管路摩擦损失三个部分进行详细测量,获得了各部分压降与旋流臂出口速度头的定量关联模型,发现分离器空间内摩擦阻力损失在总压降中占比最大。GLVS总压降主要受旋流臂出口气速影响,加入液相后对压降影响很小。该旋流分离设备的阻力系数与普通旋风分离器相当,根据四组不同结构尺寸的旋流头得到了阻力系数与旋流头关键设计参数的关联式,为进一步结构优化提供了参考。     

U形弯头单元内气液两相流型及压降波动特性

对空气-水两相流在内径16 mm、弯曲半径100 mm的横向U形弯头单元内向上流动时的流型进行了实验研究。利用流动可视化技术及其相应压降波动规律实现了流型的客观识别。总结了不同流型的压降波动特性并据此提出了定量识别流型的新方法。实验范围内发现了分层-搅拌流、塞状-泡状流、段塞-波形流、环状-波形流和环状弥散流等5种与水平直管和垂直直管不同的流型。相比标准偏差,压降波动的功率谱（PSD）分布能更好地反映U形弯头单元内不同流型的流态演变特征与动力学特性。PSD分布的偏度或峰度与气液表观流速比的结合可以定量客观地识别U形弯头单元内的流型,流型转变时的气液表观流速比为1和13。     

Flow regimes and pressure drop of a composite tridimensional rotational flow sieve tray under concurrent gas-liquid flow

A composite tridimensional rotational flow sieve tray (CTRST) is proposed. The flow patterns of CTRST were visually categorized, combined with the standard deviation of the pressure difference. In the TRST area of the internal packing-type tray, the membrane-drip column and foam-embolic flow is present, while bubbly and milk froth-ribbon flow is present in the packing area of the external packing-type tray. The effect of the tray structure parameters on the pressure drop under co-current flow was investigated. The dry and wet pressure drop is within 160 and 900 Pa, respectively. Under the same structural parameters, the pressure drop of the internal packing-type tray was higher than that of the external packing-type tray. The flow characteristics of the standard tray under the countercurrent flow were compared. The CTRST was found to be more suitable for co-current flow. A prediction model pressure drop under co-current was established with an error of 15.5%.     

双效并流立体旋液式塔板压降的实验研究

采用全新工艺流程,设计了一种新型双效气液并流吸收塔,塔内安装有改进型立体旋液式塔板。分别以空气、空气-水作为研究体系进行实验,考察了不同操作参数与塔板结构参数下双效气液并流吸收塔的干塔压降、湿塔压降以及立体旋液式塔板的干板压降、湿板压降,明确了双效气液并流吸收塔的操作参数范围。实验结果表明:立体旋液式塔板单板干板压降及湿板压降分别控制在70 Pa,180 Pa以内。在一效、二效各逆向安装3块塔板,全塔共完全安装6块塔板时,全塔压降最大,但是干塔压降及湿塔压降可分别控制在2 400 Pa,2 800 Pa以内,双效气液并流吸收塔与立体旋液式式塔板的组合在能耗及操作弹性方面优势明显。     

气液并流筛板式填料压降的数值模拟

基于欧拉-欧拉模型,采用CFX软件对筛板式填料的气液两相并流流动进行了模拟。将模拟所得的压降与填料的出厂特性值进行了对比,发现在液气动能参数较小的情况下,两者吻合较好。分析了该流场内的速度分布和压力分布的特点,射流卷吸作用使流场内两相流体混合,但涡旋使筛板下方压强减小,射流撞击使筛板上方压强增加。对不同结构的矩形筛板式填料的压降进行研究,结果表明：筛板孔径和液相流量是影响筛板压降的重要因素,开孔直径越小,液相流量对单板压降的影响越大;上层筛孔投影与下层筛孔相交的结构更能有效降低单板压降。液相流量较大时,两个不同板间距的单板压降曲线将相交于一点,气相流量低于此交点时,板间距越小,单板压降越大;气相流量高于此交点时,则相反。     

微通道内汽液二相流压力降研究

以氮气为气相介质,以不同表面张力的液体(纯水、质量分数0.01%SDS溶液、乙醇)为液相介质,对矩形微通道(500μm×500μm)内气液二相流压力降进行可视化实验研究。实验数据表明:二相流流型对压力降的影响占主导地位,二相流压力降随着液体表面张力的增加而减小。二相摩擦压力梯度的测量数据与分相模型,匀相流模型理论预测值进行对比,平均偏差分别为34.3%和19.6%,预测效果不佳。通过对Chisholm关系式进行修正,得出新的预测模型,平均偏差为13.7%。结果表明:修正后的压降模型能较好地预测弹状流,弹状环状流和环状流实验结果。     

垂直管内气液两相弹状流压力降

把空隙率和气相密度沿管子高度的变化当作连续过程，并以微分单元压力降出发，然后在全管范围内积分，从而导出了气液两相在弹状流情况下的总压力降计算式：△Ｐ＝　ｌｎ（１＋　）＋Ｚｃ该计算式用于计算弹状流压力降时，简便且准确度高。     

摇摆对气液并流模式立体旋流筛板压降的影响研究

以空气-水为实验介质,在喷淋密度78～182 m³·(m²·h)^-1、气相动能因子1.19～2.77 m·s^-1·(kg·m^-3)^0.5、摇摆幅值Θ=5°～15°、周期T=8～20 s的条件下,测定了气液并流模式下立体旋流筛板(TRST)的压降,考察了气液通量、塔板数量、位置和方式对压降的影响,并与直立和倾斜工况对比。结果表明：增加倾斜及摇摆角度干板压降略微下降;摇摆时的湿板压降介于直立和倾斜之间,受摇摆角度影响较大,基本不受周期影响;增大气量有利于抵抗倾斜及摇摆的影响,而增大液量会使倾斜及摇摆的影响作用加剧。整体上,塔板顺、逆向安装时的湿板压降分别在100 Pa和170 Pa以内,而逆向安装的变化率约为顺向的2倍,这是由于逆向安装下改变了气液流动方向,增大了能量损失。建立了气液并流摇摆工况下TRST的湿压降预测模型,相对误差在15%以内。     

文丘里管结构对高浓度煤粉流动特征及压差特性的影响

研究粉煤密相气力输送系统高压、高浓度煤粉通过不同节流比(0.44、0.55、0.7)、收缩角(2.5°、5°、9°)、扩张角(2.5°、8°、13°)、喉段长度(23d、43d、80d)的文丘里管的流动特征和压差特性。结果表明,不同结构参数的文丘里管的量纲1化压力分布趋势一致,但程度不一。其中节流比影响最为显著,并最直接地影响煤粉流经文丘里管的压差。节流比越小,总压差越大,扩张段压差显著增大。其他结构参数在各自的结构序列下主要改变文丘里管内压力分布,而对总压差改变不大。2.5°收缩角的收缩段压差最大,高浓度体系下5°和9°收缩角的收缩段压差差别不大。80d喉段长度的喉段压差最大。8°扩张角的扩张段压差最小。引入固相动量通量,获得本系统内煤粉流经文丘里管的压降经验方程,大部分实验点的计算偏差在30%以内,方程计算效果较好。     

微通道内伴有化学吸收气液两相流的空隙率与压力降

微通道内气液两相流空隙率与压力降对微反应器的热质传递性能有显著影响,是微反应器的重要设计参数。采用高速摄像仪和压力测量系统分别对矩形微通道内单乙醇胺水溶液化学吸收CO₂过程的空隙率和压力降进行了研究,考察了弹状流下气液两相流量与化学反应速率对空隙率及压力降的影响。结果表明:当液相流量一定时,微通道内空隙率和压力降均随着气相流量的增大而增大,空隙率随化学反应速率的增大而减小,压力降随化学反应速率的增大而增大;当气相流量一定时,随着液相流量和化学反应速率的上升,微通道内空隙率下降,而压力降上升。提出了微通道内伴有化学吸收的空隙率和压力降的半理论预测模型,模型平均误差分别为15.79%和11.12%,显示了良好的预测性能。     

Measurement and prediction of pressure drop in two-phase flow

Experimental data for air–water two-phase co-current flow in two different pipe diameters were used to test the prediction of pressure drop by a number of existing theories and correlations. Several models are shown to be useful for prediction, particularly with the stratified regimes which have proved difficult to handle in the past. The model suggested by Olujic proved to be of particular value.     

非闪蒸型气液二相流压降计算的计算机程序化

确定气液二相流的流动形式对于两相流的压力降计算非常重要,而在流型判断中,使用Baker图和GriffithWallis图进行手算尚可,却不利于计算机编程。基于此,应用Origin软件对Baker图和Griffith-Wallis图进行数据回归,得到划分区域线条的函数,再使用C++语言进行编程,实现整个计算过程的计算机程序化,可快捷、准确地判断垂直管道和水平管道的二相流流型,并使用均相法和杜克勒法计算出二相流管道压力降。计算机编程能大幅度提高计算效率,在处理杜克勒法压力降计算中的迭代运算时尤为实用。经过规范中例题的验证和工程实例运行结果,证明该方法是可行和准确的。     

垂直管气液两相环状流界面扰动波频率特性

气液两相环状流的相界面存在扰动波,波动频率是描述环状流界面扰动波特性的关键参数,对环状流的传质传热研究有重要参考价值。利用近红外光的吸收特性,设计了液膜检测装置,采用垂直对射光路设计,并通过置入式导光管屏蔽一侧液膜和气芯夹带液滴,实现了对环状流局部液膜的非接触式检测。在此基础上对界面扰动波进行了频域分析,运用功率谱密度估计,对50 mm管径竖直上升管环状流界面扰动波波动频率进行了定量研究,得到0.1～0.8 MPa不同压强条件下,共70个流动条件的环状流界面扰动波频率值。利用实验结果对现有模型进行验证分析,在此基础上利用Strouhal数描述液相流动条件的影响,利用Froude数描述气相流动条件的影响,建立了预测环状流界面扰动波波动频率的St-Fr模型,经实验数据验证预测的平均绝对误差（MAE）为11.42%。     

上倾管高黏油气两相流型及压降特性

利用室内实验装置,对上倾管内高黏油气两相流的流型和压降特性进行了实验研究。实验中观测到7种流型,得到了不同工况下的压力波动信号及压降值。实验结果表明,由于液相黏度的影响,上倾管内大部分流型的过渡边界向流型图的左侧偏移,且黏度越大偏移程度越大。将流型数据与Barnea流型判断模型进行对比,发现在高黏度时两者误差较大。根据压降数据得出,由于高黏度时液滴的附着作用增强,在气液表观速度均较小时,会出现黏度增加而压降却减小的现象。验证了OLGA模型和Zhang模型对于压降的计算精度,发现高黏度时模型的计算误差远大于低黏度情况。通过高黏度闭合关系式对Zhang模型进行修正,结果表明可以显著地提高其计算精度。     

Study of the pressure drop of dense phase gas-solid flow through nozzle

Pressure drops are measured on different nozzles of various pipe sizes in dense phase pulverized coal pneumatic conveying. From the experimental results, we conclude that the effect of the gas phase nozzle pressure drop is negligible when comparing with the solid phase pressure drop in the experimental range. The main influence factors contributing to the nozzle pressure drop are gas and solid mass flow rate, solids loading ratio, and the diameters of the nozzle inlet and outlet. A new model was developed to predict the nozzle pressure drop in dense phase pneumatic conveying of pulverized coal based on the Barth's pneumatic conveying theory. The pressure drop predictions from the model are in good agreement with the experimental values. The model quantified the important influence factors of the nozzle pressure drop.     

预热器输送提升管内阻力损失的试验研究

以旋风预热器的输送提升管为研究对象,按气固运动状态和输送管道的结构特征,将输送提升管道分为气固加速运动段、匀速运动段和弯管段。对各区域的阻力损失的构成及影响进行了试验研究。结果表明,各区域的阻力损失在不同操作参数下所占比例也不相同,空载时弯管段的阻力损失最大,荷料时加速段的阻力损失最大,所占比例超过60％,对提升管阻力损失起着决定性的作用。同时以研究结果为依据,研究了入料点的变化对提升管阻力损失的影响。     

T形微通道内环状气液两相流相分离

以氮气为气相工作介质,以不同表面张力的液体（纯水、0.01%SDS溶液、0.5%SDS溶液、乙醇）为液相工作介质,对矩形截面为100 μm×800 μm的T形微通道内的气液环状流进行了相分离可视化实验。实验结果表明：环状流液相在侧支管中采出占优势。液相采出分率主要集中在0.25～0.65之间;气相采出分率在0.1～0.8,液相采出分率的增长幅度随着气相采出分率增加而变大。当气相表观速度一定时,液相采出分率随着两相流液体速度的增加而降低;当液体表观速度一定时,气体速度变化对液相采出分率影响不大;当两相的表观速度一定时,液相采出分率随着液体的表面张力降低而减小。所得实验数据与其它尺寸的数据进行比较,发现管径尺寸对环状流相分离有较大影响。