起伏非线性振动下倾斜上升管内气液两相流流型转变分析

本文对不同起伏非线性振动条件下倾斜上升管内气液两相流流型及转变规律进行实验研究,借助高速摄影仪对起伏非线性振动状态下气液两相流的流型进行分类。结果表明,倾斜上升管气液两相流有弥散泡状流、起伏弹状流、准弹状流和液环式环状流4种。对弥散泡状流向起伏弹状流和准弹状流向液环式环状流的转变机理进行分析,在稳定状态转变机理的基础上引入振动参数,建立了考虑振动加速度的关系式。本文建立的流型转变关系式与实验结果吻合较好。     

竖直和倾斜条件下气-液两相流型转变研究

以去离子水和空气为两相介质,研究了竖直和倾斜条件下气-液两相流型,发现通道内存在弥散泡状流、泡状流、弹状流、搅拌流和环状流5种流型。通过对流型间转变特性的机理分析,构建了竖直和倾斜条件下各流型的转变准则,与实验数据进行了对比,符合很好。     

倾斜管内气液两相流流型的实验研究

对空气-水形成的两相流同向通过管径15mm、管长6m,倾斜角为15°和30°两种不同的倾斜角有机玻璃管的流型进行了实验研究。通过可视化观察和压差波动特性对流型进行分类,结合实验数据绘制出不同倾角下的流型图。另外,通过与相同管径下的水平管流型图进行对比以及不同倾角下流型产生范围的比较,发现试验段倾角对流型区间有显著的影响。     

倾斜下降管内气（汽）－液两相流流型和摩擦阻力试验研究

以空气－水为工质，对倾斜下降管内气－液两相流流型和摩阻压降进行了理论和试验研究。采用压差波动法测定流型，获得了不同流型下的压差波动信号。根据试验结果，绘制了不同倾角下的流型图，得到了４种主要流型的转换关系式．采用以分液相摩擦折算系数Φ＿Ｌ￣２和马蒂内利参数Ｘ的关系整理了倾斜下降流动摩擦阻力试验结果。在理论分析基础上，结合试验结果，提出了３种流型下的摩察阻力的计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。     

摇摆状态下水平管内气-水两相流的流型研究

摇摆产生的惯性力以及水平管路发生向上和向下倾斜,会使管道内两相流的流动型式发生变化.本文对直径25mm管内气-水两相流在摇摆周期为15s、摇摆角度为10°状态下的流型进行了实验,研究了气-水两相流在摇摆状态下的流动型式,并给出了流型图.实验结果表明,在一些气-水流量区域,两相流体在一个摇摆周期内存在两种流动型式.     

球床通道内气液两相竖直向上流动流型实验研究

对球形颗粒填充通道内的空气-水竖直向上两相流动流型进行了可视化实验研究。实验段填充球直径分别为3、5和8mm,气相表观流速为0.005~1.172m/s;液相表观流速为0.004~0.093m/s。实验观察得到4种典型流型：泡状流、串状流、液柱脉冲流和乳沫脉冲流,并绘制出流型图,其中脉冲流占据较大区域。通过与常规通道流型图对比发现：由于填充颗粒的影响,球床通道泡状流区域较常规通道显著减小。对比3种球床通道流型图得到：随着颗粒直径的增加,串状流区域增大;在低液相流速下,对于8mm直径颗粒,串状流可直接过渡到乳沫脉冲流。     

基于AFSA-RF的两相流型图扩展技术

为预测高流速条件下的流型并建立流型图,提出一种基于人工鱼群算法(artificial fish swarm algorithm, AFSA)优化的随机森林(random forest, RF)的机器学习模型,基于最优、简化参数出发,进行流型的智能识别。该模型成功地应用于竖直下降两相流流型的识别,通过不同分类模型以及优化方法对实验数据进行计算,发现AFSA-RF模型的流型识别精度与稳定性高于未优化的RF模型以及其他主流优化方法,对高流速区域的流型的识别成功率达到了90.91%,进一步验证了该预测模型的有效性。依托建立的模型,对现有流型图的适应范围进行了扩展,获得了适用于高流速条件下的流型图。     

气-液喷射器内两相流流型分析

对水平安装气-液喷射器内两相流流型进行了分析研究。根据圆管内气-液两相流流型转变的经验准则式,结合气-液喷射器性能方程,得出了气-液喷射器内环状流和雾状流的流型区间。以空气-水喷射器为例,给出了喷嘴出口当地最大马赫数与引射流体入口／出口压比的关系式,证明了当工作气体（空气）在喷嘴中作超临界膨胀时,喷射器内流型至少为环状流。     

棒束通道内气液两相流流型的实验研究

常温、常压条件下,在7×7矩形截面棒束通道内进行了垂直向上气液两相流动实验,气液两相折算速度的变化范围分别为0.04~14 m/s和0.238~1.860 m/s。实验中用高速摄像仪对流型进行记录,观察到了泡状流、泡状-搅混流、搅混流和搅混-环状流4种流型,发现搅混流是主要流型,并对Hewitt流型图的界限进行了修正。分析实验数据发现,摩擦压降在泡状流和搅混流区域的变化是相反的。根据实验数据,参考前人的研究得到棒束通道中泡状流向搅混流转变的边界。     

横掠水平管束间气-液两相流流型对流致振动激励的影响

在气-液两相流现有的Taitel流型图和Ulbrich&Mewes流型图的基础上,通过分析试验数据提出一种新的流型图,根据该流型图将垂直向上横掠水平管束的气-液两相流分为3种流型:泡状流、搅拌-泡状流和间歇流,给出这3种流型下的两相流作用在管束上的激励力的时间历程、功率谱密度曲线和功率谱密度峰值对应的Strouhal数...     

Analysis of Gas-liquid Two-phase Flow Pattern Transition in Inclined Rising Pipe under Fluctuant Nonlinear Vibration Condition

The flow pattern and transition law of gas-liquid two-phase flow in inclined rising pipe under different fluctuant nonlinear vibration conditions were studied experimentally. The flow patterns of gas-liquid two-phase flow under fluctuant nonlinear vibration condition were identified by using high-speed camera. The results show that there are four kinds of patterns in inclined rising pipe with diffuse bubble flow, fluctuant slug flow, proto slug flow and liquid-ring annular flow. The mechanisms of the transition from diffuse bubble flow to fluctuant slug flow, proto slug flow to liquid-ring annular flow were derived, the vibration parameter was added on the basis of the steady state transition mechanism and the flow pattern transition formulae considering the vibration acceleration were established. The results show that the flow pattern transition formulae established in this paper agree well with the experimental results.     

振动工况下环管内气液两相流参数分布实验研究

为模拟地震对反应堆堆芯内两相流动的影响,将振动产生装置与实验段结合,并利用电导探针技术实验研究了振动工况下环管内气液两相流局部参数的分布特性。振动装置所采用的偏心轮的偏心距为15.875mm,并可通过调节电机转速获得不同的振动周期。环管实验段内径和外径分别为19.1mm和38.1mm,总长度为2.32m。实验以空气和水为工质,流动工况覆盖了泡状流、弹状流及搅混流等流型。实验结果表明,振动对管内气液两相流局部参数如含气率和界面浓度等分布具有重要影响。随振动周期的减小,管内两相流参数分布发生明显变化。另外振动对低含气率的泡状流影响较大,随含气率的增加,流型逐渐向搅混流过度,振动对两相流参数的影响逐渐减小。     

棒束通道气液两相流流型识别及动力学特性分析

采集棒束通道实验台上气液两相流4种流型压差信号,计算4种流型的多尺度边际谱熵,对其进行流型识别及动力学特性分析。实验结果表明:多尺度边际谱熵能从整体上区分4种流型,从频域细节尺度定量揭示不同流型间的动力学特性;利用多尺度边际谱熵增率和谱熵均值联合分布可定量准确区分4种流型,对泡状-搅混流这种难以区分的过渡流型也有较好效果;与支持向量机结合具有运算速度快、识别率高的优点,准确率高达98.11%,适合流型的在线识别。     

三面加热窄矩形通道内气液两相流流型研究

以去离子水为工质,对截面为3 mm×43 mm的三面加热窄矩形通道内流型转化过程进行可视化实验研究。借助高速摄影仪记录可视化数据,观察到泡状流、弹状流、搅拌流和气膜塞状流等4种主要流型,并详细描述了各种流型发生时通道内气泡转化的过程。记录不同流型转化时的临界点,绘制出三面加热窄矩形通道的流型图,分析流型图中流型转化边界曲线的趋势及形成机理。将本实验流型图与现有相似通道尺寸流型图进行对比,结果表明：三面加热条件下的流型转化过程与绝热条件下的空气 水流型转化过程差异很大,某些流型转化曲线存在趋势上的不同;由于窄边加热部分的影响,与单面加热通道的流型转化过程也存在明显差异。气膜塞状流在绝热条件和单面加热条件下均未出现。     

摇摆对窄矩形通道内两相流摩擦压降特性影响

本文以窄矩形通道内两相流为研究对象,分析了不同摇摆工况对两相流动摩擦阻力特性的影响。通过对试验数据分析,结果表明,改变摇摆周期对窄矩形通道内两相流的瞬态摩擦压降波动幅值的影响很小,只是改变了其瞬态摩擦压降变化频率,对其平均摩擦压降无影响。同时,采用L-M法对比分析摇摆与静止条件下的φ²_l(φ²_g) -X变化曲线发现,摇摆状态下窄矩形通道内的两相摩擦压降可采用静止条件下φ²_l(φ²_g) -X变化曲线进行计算。     

矩形通道内两相脉动流平均摩擦压降实验研究

通过对截面为40 mm×3 mm窄矩形通道内不同正弦脉动周期、振幅、平均流量工况下氮气 水两相流（平均分液相雷诺数Re_l<10 000,平均分气相雷诺数Re_g<800）进行实验研究,发现两相脉动流与单相水脉动流的规律不同,平均压差对脉动周期、振幅不敏感。应用各经验公式计算的脉动工况下平均摩擦压降的偏差与稳态工况的计算偏差在数值和分布上均无明显差异,且计算值分布在测量值两侧、相对偏差基本小于20%。其中,Mishima-Hibiki方法和Lee-Lee方法的计算结果与测量结果吻合良好,相对偏差在10%以内,说明两相流摩擦压降经验公式同样适用于脉动工况下平均摩擦压降的计算。     

起伏振动下倾斜管内单相流流动阻力特性分析

起伏振动状态下单相流流动阻力的正确计算对漂浮核电站的安全性有显著影响。实验研究了不同起伏振动工况和流动工况对倾斜圆管通道内单相水摩擦压降的影响,提出了方便计算的振动摩擦阻力系数。结果表明,振动摩擦压降大于稳定状态的,并呈周期性波动,波动周期与振动频率一致。振动摩擦阻力系数平均值随雷诺数和倾角的增大而减小,随管径和振动频率的增大先增大后减小,随振幅的增大而增大。通过实验数据拟合得到起伏振动下倾斜管内单相水振动摩擦阻力系数计算经验关系式,计算结果与实验结果吻合较好,为起伏振动单相水流动阻力的计算提供了新思路。