垂直管空气-水两相流型的Shannon信息熵特性研究

利用信息论原理,研究两相流流型的Ｓｈａｎｎｏｎ信息熵特性。Ｓｈａｎｎｏｎ信息熵可由两相流系统的时间相关信号（如压差）的功率谱密度计算得到。在两相流实验台架上进行了垂直管两相流试验研究,通过调节空气和水的体积流量,获得不同流型工况下压差信号的实验数据。计算不同流型下的Ｓｈａｎｎｏｎ信息熵,发现泡状流的负Ｓｈａｎｎｏｎ信息熵（负熵）最小,弹状流的负熵最大,而环状流的负熵界于两者之间。     

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.     

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。     

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。     

受热管内空泡率空间分布与流型的关系

介绍了运用RBI双探头光学探针,在加热上升管内对蒸汽-水两相流空泡率径向分布测量的情况,同时对不同实验工况下两相流流型进行了识别。根据实验结果,总结出加热上升管内空泡率径向分布与流型的关系。     

R134a卧式螺旋管内沸腾两相流型与传热特性实验研究

在蒸发温度为5～15 ℃、热流密度范围为5～20 kW·m^-2、工质质量流速变化范围为50～500 kg·m^-2·s^-1和干度范围为0.01～0.9的条件下,对R134a在卧式螺旋管内的沸腾两相流型及传热特性进行了实验研究。利用可视化技术对流型进行了观察分析,发现在相同工况条件下,卧式螺旋管上升段和下降段的流型有所不同,特别是形成环状流之前存在明显不同的过渡流型,分别为波环状流型和超大气弹流型,因此,对上升段和下降段分别建立了流型图。获得了传热系数随工质的干度、质量流速和热流密度等参数的变化关系,发展了R134a在卧式螺旋管内流动沸腾传热系数的计算关联式。     

起伏振动状态下倾斜管气液两相流型实验研究

在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行了实验研究。将振动装置与两相流实验回路相结合,改变管道倾角和振动频率、振幅,分析其对流型转变的影响。研究发现振动条件下的流型与稳态下相比有较大区别,通过对流型分类发现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。绘制流型转换边界图结果表明,倾角的增加使起伏弹状流在流型图中的区域扩张,其他流型的区域相对减小。振动频率和振幅对流型转换边界的影响相似,振动频率和振幅增加会使珠状流和准弹状流区域有所增加。3种变化因素中振动频率对流型转变的影响最大。     

双探头光学探针识别受热工况两相流流型的基本方法研究

由于流型识别手段受到限制．目前常用的流型图以及流型转变判据．都是在绝热工况下根据实验得到的；关于受热工况两相流流型还没有足够的实验数据。光学探针的运用为受热工况两相流流型的研究提供了有力的测量手段。本文对双探头光学探针4种流型识别的基本方法进行了研究，包括探针原始电平信号概率密度函数(PDF)分析识别流型、信号时序波形识别流型、空间波形识别流型以及汽泡尺寸PDF分析识别流型。研究结果表明，汽泡贯穿弦长PDF分析可得出满意的流型识别结果。     

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。     

基于非监督机器学习方法的竖直环形流道流动沸腾流型研究

研究流动沸腾两相流动形态对封闭反应堆安全分析程序关键本构模型具有重要意义。本文基于非监督机器学习流型识别方法,提出将两相流物理知识融入数据驱动的机器学习模型,并构建输入特征的挑选原则：(1)机器学习在输入特征中捕捉到的应为流型相关信息;(2)机器学习的聚类准则应包络该流型下输入特征的所有可能性。依据挑选原则分析电导探针信号生成的汽泡分布特征,确定汽泡弦长累积分布函数数据可用于非监督机器学习流型判断。依据流型识别结果,获得了竖直环形流道内流动沸腾的二维局部流型特性,发现高位局部流型出现在流道中心位置并偏向内加热壁面;并判别了流道截面的全局流型,结果表明流动沸腾泡状流至弹状流的流型转变出现在空泡份额约为0.14位置。     

空气-水在垂直非圆截面通道内流型研究

采用可视化方法研究了水力直径分别为15mm和10mm的两种正方形截面、14.43mm的三角形截面以及14mm的圆形截面通道内空气-水垂直上升流动,表观气速0.04～80m/s,表观水速0.001～6m/s.观察到了泡状流、弹状流、块状流、环状流和弥散泡状流等常见流型.此外,在表观气速很大而表观水速很小时,在非圆截面通道内发现了爬动流,证实了非圆截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响,证明截面形状对两相流流型及其转变具有重要影响.由实验得到了流型转变界限,并首次获得了包括爬动流的两相流流型图.比较本文的实验结果及与前人的研究结果对比发现,水力直径的大小对两相流流型的转变具有一定影响.     

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。     

垂直上升管内两相流空泡份额径向分布

对于两相流空泡份额分布的实验研究,通常只能在有限工况下进行,而对其基本现象的描述也仅局限于特定的实验工况。为此,本文总结分析了以往一些研究者的实验结果,对圆管内垂直上升两相流空泡份额的径向分布情况进行了比较系统的描述。根据这些结果,进一步分析得出了典型的垂直上升流中空泡份额径向分布曲线与流型的对应关系,通过与已有实验结果的比较,说明该对应关系无论从实验结果还是机理解释上都是可信的。     

竖直窄矩形通道气液两相流流型识别研究

在实验研究的基础上,采用小波分析的方法对窄矩形通道内两相流的流型进行有效的识别,为在不可视或不能进行摄影测试技术特殊情况下提供了有效识别方法。通过可视化观察发现,窄矩形通道内两相流流型主要有泡状流、弹状流、搅混流和环状流。采用小波分析法给出了4种流型的功率密度图,并结合每种流型的特征及压差波动特性,对每种流型的频率分布范围及最大能量分布范围给出了界定。因此,利用频率分布特征值及最大能量分布值可对流型进行有效的识别和判定。     

用空泡份额概率密度分布识别承压管道中两相流流型

用局部空泡份额概率密度分布识别流型是一种不可视管道内两相流流型识别的方法，这种流型识别建立在流型分类的直观物理意义之上，并避免了流速的影响。本文给出了用差压传感器信号进行承压管道中局部空泡份额概率密度分布分析，进而识别汽水两相流流型的研究成果，测量仪器装置简单、可靠性高。实验研究是在核供热堆热工水力学实验系统ＨＲＴＬ－５上进行的，试验工作压力为１．５ＭＰａ，工作温度１９０℃。     

光学探针测点位置对受热工况两相流流型识别的影响

采用汽泡尺寸概率密度函数(PDF)分析的方法，研究了探测点径向位置对流型识别的影响。结果表明，受热工况下该影响不可忽视。考虑到探测点空间位置对受热工况流型识别的影响，同时为了简化测量与分析，本文提出了“两点判别法”。实验结果表明，该方法对于垂直受热圆管可以得出准确的流型识别结果。     

中压沸腾工况相径向分布实验研究

采用高温高压单探头光学探针．在中压沸腾工况下进行了局部空泡率与汽泡频率径向分布特性实验研究,并根据探针信号对两相流流型进行了识别,分析了中压沸腾工况下空泡率径向分布与流型的关系。研究结果表明：随热平衡含汽率增加,整个直径方向上空泡率分布从近U形向鞍形和弧形发展;汽泡频率则以近U形分布为主;泡状流工况下,空泡率呈U形或近壁区显著高于中心区的鞍形分布,弹状流工况下,中心区空泡率略低于近壁区。整个直径上空泡率呈弧形分布。