非线性振动下水平通道气液两相流动

将振动装置与气液两相流实验回路相结合,对非线性振动工况下水平通道内气液两相流进行实验研究。重点考察了不同振动参数对流型转换界限及摩擦压降的影响。流型图表明,非线性振动工况和稳态工况下的气液两相流动形式不同,提高振动的频率和幅度会导致流型转换界限发生改变。由实验得到的气液界面分布结果表明,振动频率对相界面波动程度有显著影响,而振动幅度则主要影响截面含气率。最后对比了非线性振动工况下的摩擦压降和经验公式的计算结果,发现两者在数值和分布上均无明显差异,说明稳态下两相流摩擦压降计算公式同样适用于非线性振动工况。     

非线性振动下倾斜通道气液两相流动实验研究

为了研究非线性振动工况下倾斜通道气液两相流,将振动装置与气液两相流实验回路相结合,通过改变通道倾角及振动参数进行实验研究。由实验得到的流型图表明,非线性振动工况和稳态工况下的气液两相流动形式不同,增大倾角和振动参数会导致流型转换界限发生改变。由实验得到的气液界面分布情况表明,振动频率主要影响相界面波动程度,振动幅度主要影响截面空隙率,倾角主要影响气泡形状及液面波动角度。结果表明,通过对比非线性振动工况下倾斜通道内空隙率的预测值与实验值,稳态下两相流空隙率计算公式同样适用于非线性振动工况。     

起伏振动倾斜上升管气液两相流摩擦阻力分析与计算

起伏振动下气液两相流摩擦压降的准确计算对海洋核动力的发展有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下30°倾斜上升管气液两相流摩擦压降的变化规律。结果表明,起伏振动下摩擦压降波动幅度和平均值显著增大。与静止状态相比,起伏振动下摩擦压降的多尺度熵值除泡状流外明显增大,且呈现大幅振荡现象,流动不稳定性更加显著。静止状态摩擦压降模型计算结果与实验值误差较大,现有模型对于起伏振动状态不适用。分析流动和振动参数对摩擦阻力系数的影响,发现其与均相雷诺数成反比,与振动幅值以及频率成正比。以大量实验数据为基础,建立了适用于起伏振动状态的摩擦阻力系数计算关系式,计算与实验结果吻合较好。     

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。     

表面活性剂添加对气液两相流摩阻压降特性的影响

研究了表面活性剂添加对水平管内气液两相流摩阻压降特性的影响.实验中选用了环境友好的纯度为95%的十二烷基硫酸钠(SDS)作为减阻添加剂,浓度为100 mg•kg^-1.结果表明阻力减小率与流型有关,分层流型的阻力减小率可达83.3%、塞状流型和弹状流型的阻力减小率可达83.2%、环状流型的阻力减小率可达31.2%.表面活性剂可以通过改变液体物性和改变流型两个方面来影响气液两相流摩擦压降.     

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.     

绝热状态下板壳式换热器壳侧的流型与压降

实验研究了板壳式换热器波纹通道内垂直向上气-液两相流动的流型和压降特性,讨论了圆形波纹通道内流型特征及转变机理,根据相界面形态特征将流型划分为泡状流、弹状流、膜状流和搅混流;同时分析了流型与压降之间的关系,发现泡状流中的压降波动幅值最小,弹状流与膜状流次之,搅混流中压降波动幅值最大;获得了波纹通道内单相以及气-液两相压降的分布规律,拟合了单相压降关联式,并基于Lockhart-Martinelli理论,通过分析两相摩阻系数与Martinelli参数的关系拟合了波纹通道内两相流动压降关联式,发现Chisholm参数C的值与Chisholm最初建议的光滑管内层流-层流的值接近。     

壁面润湿性对蛇形微通道内两相流流动特性影响的格子Boltzmann模拟

在90°Y形汇流的矩形截面蛇形微通道内,采用格子Boltzmann方法对不同接触角的蛇形微通道内气液两相流动进行了数值计算。首先以空气和水为工作流体对气液两相流动进行模拟研究并通过实验进行验证。验证模型合理性后,根据模拟计算结果,以气液相流速为坐标绘制了不同接触角下的流型图并分析其差异性及原因;同时深入研究了液相黏度和接触角对于弹状流流体力学性质的综合影响;比较了具有不同接触角壁面的蛇形微通道内两相流压降、摩擦因子、壁面摩擦系数和剪切应力的分布规律,并讨论了蛇形微通道内气液两相流动的影响因素。研究表明疏水壁面即接触角大于90°时,微通道内两相流压降、摩擦因子、壁面摩擦系数和剪切应力均低于亲水壁面微通道内相关参数,更利于流体流动。     

管束间气液两相流动特性的研究进展

综述了气液两相流体横掠水平管束流动特性的最新进展。对先前研究气液两相流体向上、向下流过顺列和错列管束时的含气率、流型和压降特性进行了归纳和分析,详细介绍了绝热条件下基于实验结果建立的流型图、预测含气率和摩擦压降的半经验公式以及各种预测方法的差异。最后,表明发展数据和建立模型仍是绕流研究的重点。     

周期性扩缩微通道内气液两相流型及其演变特性

以空气和水为实验工质,利用IDT高速摄像仪和Nikon生物显微镜组成的可视化系统对水平放置的PDMS周期性扩缩微通道内的气液两相流型及其演变特性进行实验研究。观察到的主要流型为间歇流和分离流。对于间歇流,气体以离散形式分布在液相中或者是液体以分散形式分布在气相中,而且气相分散跟液相分散交替存在。对于分离流,气体主要沿气体进口壁侧流动,液体主要沿液体进口壁侧流动。两相中存在明显的分界面,沿流动方向界面产生波动。通过改变气液两相表观流速,得到气液两相流型分布,进而提出间歇流与分离流流型转换的准则关系式。结果表明,同一液相表观流速下,三角凹穴型微通道间歇流向分离流转变所需的气相表观流速略小于扇形凹穴微通道。     

槽式孔板的湿气分层流差压预测模型

槽式孔板是一种新型的气液两相流测量元件,与标准孔板相比,槽式孔板具有前后直管段要求低、差压信号平稳、上游液相无累积等优点。通过对槽式孔板的局部阻力进行分析,槽式孔板总压降主要由摩阻压降和加速压降两部分组成。基于气液两相流体流经槽式孔板的流动机理,利用动量守恒关系式和能量守恒关系式计算摩阻压降和加速压降,建立了槽式孔板的分层流差压预测模型。以空气/水为介质,进行了一系列实验,实验结果表明,孔径比为0.75、0.6、0.5的槽式孔板的平均相对误差分别为6.45%、11.06%、12.52%,为湿气计量算法的完善提供了参考。     

周期惯性力影响下矩形通道泡状流阻力特性

泡状流广泛存在于各种化工反应设备中,研究周期惯性力影响下矩形通道泡状流的阻力特性,可以为研究非稳态条件下的流动特性提供实验支持。本实验在常温常压条件下进行,摇摆工况选定为5°-8 s、10°-8 s、15°-8 s、15°-12 s和15°-16 s,实验结果表明摇摆条件下瞬态摩擦压降的变化具有明显的周期性,两相平均阻力系数是稳态摩阻系数的几倍到十几倍,随着两相Reynolds数的变大,瞬态摩阻系数的波动幅度和平均水平均变小;摇摆周期越小,摇摆振幅越大,即摇摆运动越剧烈,摩擦压降的波动幅度也越大;定义了周期惯性力的影响系数(摇摆条件与竖直条件下摩阻系数的比值),利用量纲分析和多元拟合方式得到关于影响系数的经验关系式,预测值与实验值符合程度较好。     

自然循环窄矩形通道内过冷沸腾两相摩擦阻力特性

采用去离子水作为实验工质,在低压低流速自然循环工况下开展了单面加热可视化窄矩形通道内的过冷沸腾摩擦阻力特性实验研究。实验中测量了实验段内的压降数据,并通过高速摄影仪拍摄了窄矩形通道内的气液两相图像,提出了过冷沸腾条件下的两相摩擦压降的剥离计算方法。基于本实验中获得摩擦压降数据,对分别基于均相流模型和分液相模型的经典两相摩擦压降计算关系式进行了评估,实验结果表明：采用不同等效黏度计算方法的均相流模型计算结果比实验值明显偏小;而分相流模型中,Sun and Mishiba关系式和Tran关系式均能够较好地预测摩擦阻力,计算值与实验值的平均相对偏差在±15%以内。结合实验数据,以分相流模型方法为基础,考虑全液相Reynolds数、Martinelli参数和Laplace数的影响,获得了计算分液相折算系数的经验关系式,与实验数据符合较好, 平均相对误差在10%范围内。     

两相流在扁平T型管中压降特性的实验研究

两相流在普通T型管中的压降特性已经得到充分研究,但是鲜有文献关注侧管为扁平管的T型管（扁平T型管）中的压降特性。以R134a作为工质,对水平放置扁平T型管进行了压降特性的实验研究。结果表明,现有的微通道摩擦压降经验关联式不能够准确预测两相流在微通道扁平管的摩擦压降。通过实验数据的拟合,得到了干度范围为0.01～0.45,流量范围为0.7～3 g/s的分层流在微通道扁平管中的摩擦压降经验关联式,并对Chisholm模型中气液两相相互作用系数C进行修改,使其能够预测主管进口流量在1.1～5.3 g/s,进口干度在0.03～0.26,流量分离比在0.1～0.8时的分层流从集管流入微通道扁平管时的不可逆压降。     

涓流床反应器中流区过渡的气相渗透率表征

由于Ergun方程可适用于气液间无相互作用的两相流动压降计算,并且由气相单相和气液两相并流下的气相压降比值可计算气相相对渗透率,因此,Ergun方程可用于涓流床中不同流区过渡和气液相互作用程度的表征。为检验这一方法的有效性,实验测定了空气-水体系在内径140mm有机玻璃塔中不同粒径玻璃珠(1.9、3.6、5.2、9.3mm)组成的床层压降和持液量。由于采用了压力传感器和电容层析成像仪,因此可测定脉冲流状态下的瞬态数据。通过压降的实验值与理论值比较,发现Ergun方程的适用范围有限,在没有进入脉冲流前先已失效,说明此时气液间作用已经相当显著。鉴于此,改用气液两相压降实验值代替理论值进行了气体渗透率的计算,发现不同气液流速和颗粒直径下出现脉冲流时的气体渗透率均低于0.08。     

摇摆工况下窄矩形通道内两相沸腾摩擦压降特性

为了研究摇摆工况下窄矩形通道内的两相摩擦压降特性,进行了一系列的热工水力实验和理论分析。结果表明,摇摆工况下流体会受到附加惯性力的作用且实验回路的空间位置也会出现周期性的变化,两相摩擦压降梯度的波动振幅随着摇摆角度和摇摆周期的增加而增加;随着通道热通量的增加或者系统压强的减小,两相摩擦压降梯度的波动振幅和时均值逐渐增加。窄矩形通道内的质量流速随着两相摩擦压降梯度的波动而波动,且具有相同的波动周期,由于流体加速和压力传播的速度不同,流量波动和摩擦压降波动存在约1/4周期的相位差。     

油水混合物在水平管中的二相流动特性研究

对内径40mm的钢管和有机玻璃管内油水二相水平流动时的流型、摩擦压降特性进行了详细的实验研究,结果表明:油包水向水包油的转变发生在含水体积分数约0. 4时。随含水体积分数的增大,油水二相流的摩擦压降先是急剧减小,其后在含水体积分数大于0. 4时压降变化趋于平缓。油水二相流的摩擦压降受含水体积分数、管壁润湿特性、管壁粗糙度以及混合物流速的影响,当二相流体处于水包油状态时,钢管内的摩擦压降比有机玻璃管内的大;而当处于油包水时,有机玻璃管内的摩擦压降则比钢管内的摩擦压降大。     

垂直管中气,液两相上升流动摩擦压降测定的改进

本文研究了气、液两相垂直上升流动的摩擦压降，改进了两相液中流体的压差与持液量的测定技术，实验在内径为１９ｍｍ、高度为１５００ｍｍ的垂直玻璃管中完成，实验介质采用空气与水，两相流摩擦压了值通过测定压差与持液量实验数据计算得到，流型通过观察决定。