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%。     

垂直管气液两相环状流的界面扰动波速度

在气液两相环状流中,界面波是两相间质量、动量和能量转移的重要载体,对其特性参数（波速、波频和波幅）的研究具有重要意义。首先根据气液两相流界面波分类,对其特征进行了定性描述。针对现有的界面剪切力推导了界面扰动波速度预测模型,考虑了气核中夹带液滴引起的密度增量及气核与液膜表面相对速度的影响,得到了改进的垂直管环状流扰动波速预测模型。针对工业现场工况压力较高现状,设计了基于近红外吸收衰减技术和互相关原理的界面波波速测量传感器,在五种压力（0.2～0.9 MPa） 154个界面波波动速度条件下进行了实验。结果表明,改进后模型预测效果良好,相对误差在±10%左右,在不同系统压力条件下具有一定外推性。     

垂直管气液两相环状流的界面扰动波速度

在气液两相环状流中,界面波是两相间质量、动量和能量转移的重要载体,对其特性参数(波速、波频和波幅)的研究具有重要意义。首先根据气液两相流界面波分类,对其特征进行了定性描述。针对现有的界面剪切力推导了界面扰动波速度预测模型,考虑了气核中夹带液滴引起的密度增量及气核与液膜表面相对速度的影响,得到了改进的垂直管环状流扰动波速预测模型。针对工业现场工况压力较高现状,设计了基于近红外吸收衰减技术和互相关原理的界面波波速测量传感器,在五种压力(0.2~0.9 MPa)154个界面波波动速度条件下进行了实验。结果表明,改进后模型预测效果良好,相对误差在±10%左右,在不同系统压力条件下具有一定外推性。     

水平管环状流液膜厚度与波动参数分布

环状流是常见的一种气液两相流流型,基于双平行电导探针阵列传感器设计了环状流液膜动态测量系统,以水和空气为介质,进行了气相表观流速15~35 m/s、液相表观流速0.1~0.4 m/s范围内的水平管环状流周向液膜测量实验,分析了水平管环状流的液膜厚度、相界面波动参数的空间分布与发展变化规律。结果表明,水平管环状流底部液膜厚度随气相表观流速的增加而减小,随液相表观流速的增加而增大,但在高液相表观流速时有饱和趋势,对应条件下周向其他位置的液膜厚度持续增大,尤其在45°位置显著增大,下半周液膜分布趋于平缓;由底部到顶部,液膜波速和波频在周向上均呈逐渐减小趋势,与液膜厚度的分布规律一致,大幅度的扰动波主要分布在底部;底部液膜波速和波频随气相表观流速增加而增大,液相表观流速增加时,波速随之增大,但波频无明显变化,对应波长增大。     

环状流液滴夹带率测量方法及分析

针对气液两相环状流液膜参数溯源问题,设计了一种液膜在线提取装置和基于液膜质量流量测量的夹带率测量方法。该装置利用超声波测距传感器对储液箱液位进行实时监测并反馈至控制系统,利用单片机控制抽气泵开关实现对环状流多孔渗水介质管段内外差压调节控制液膜析出速率,使用换向器实现计量和废液管路切换并记录两次切换之间的时间间隔。利用精密电子天平对取出液膜进行称重测量,结合记录时间和液相质量流量计测量结果实现液膜质量流量和液滴夹带率等参数的测量。在小口径高精度气液两相流模拟装置进行了75组实流验证实验,并结合两种典型夹带率模型预测结果对测量系统进行了科学评价。研究结果表明,液膜质量流量和液滴夹带率测量结果可溯源,测量准确度高,为研究气液两相环状流液膜流动特性提供了一种可靠的实验测试方法。     

预测水平管气-液环状流周向液膜厚度分布的理论模型

针对水平环状流液膜厚度沿周向分布的不对称性 ,用 5组双平行电导探针测量了水平管内气液环状流沿周向的瞬态液膜厚度 ,得到了平均液膜厚度沿周向的分布规律 .分析了液膜向上输送的机理 .为更为准确地预测液膜厚度 ,综合考虑了扰动波抽吸作用机理、气体二次流机理及液滴沉降和携带机理 ;通过量级比较和应力平衡的方法 ,提出了一个预测液膜厚度沿周向分布的理论模型 .数值模拟结果表明预测值与实验测量结果符合较好     

水平微翅管内环状流两相强制对流蒸发换热的计算模型

对水平微翅管内的环状流流动和换热特性进行了分析.考虑微翅管内环状流液膜中的扰动和二次流的作用,借用粗糙管速度分布和摩擦相似函数建立了水平微翅管内环状流两相强制对流蒸发换热系数的预测模型.理论计算值与实验数据相比较,结果较令人满意.     

水平矩形管内气液两相流界面波特性

<正>气液两相流中界面波的存在对传热、传质、阻力特性及稳定性都有很大影响。前人有关界面波的研究大多偏重于两相流中界面波的类型及其转变,而对其特征参数变化规律(如振幅、波长、频率和速度等)的研究则很少。但界面波对气液两相流流动阻力和流动结构影响机理的深入研究必须以了解界面波的各特性参数为前提,同时界面波有关特性参数的深入研究也可为气液两相流的数学理论化提供实验基础。 本文以气、水为工质,系统研究了水平矩形管内气液两相流的界面波特性。根据界面波在时域、幅域内的不同特征区别出了各种类型的波并给出了相应的波形和流型图。着重研究了界面波各特征量随气液两相流量变化的变化规律。     

水平管环状流液膜厚度与波动参数分布

环状流是常见的一种气液两相流流型,基于双平行电导探针阵列传感器设计了环状流液膜动态测量系统,以水和空气为介质,进行了气相表观流速15～35 m/s、液相表观流速0.1～0.4 m/s范围内的水平管环状流周向液膜测量实验,分析了水平管环状流的液膜厚度、相界面波动参数的空间分布与发展变化规律。结果表明,水平管环状流底部液膜厚度随气相表观流速的增加而减小,随液相表观流速的增加而增大,但在高液相表观流速时有饱和趋势,对应条件下周向其他位置的液膜厚度持续增大,尤其在45°位置显著增大,下半周液膜分布趋于平缓;由底部到顶部,液膜波速和波频在周向上均呈逐渐减小趋势,与液膜厚度的分布规律一致,大幅度的扰动波主要分布在底部;底部液膜波速和波频随气相表观流速增加而增大,液相表观流速增加时,波速随之增大,但波频无明显变化,对应波长增大。     

基于查询表的环状流初始携带份额分析计算

气液两相流临界热通量对工业设备的安全性有重要影响,液膜干涸模型是预测气液相环状流临界热通量的有效方法。确定环状流起始点、初始和平衡状态的携带份额、携带现象的发生条件、液滴沉积率以及携带率对模型的计算精度都起着决定性的作用。通过大量研究目前已经得到了适用于不同条件下的经验关联式来预测此模型中的大多数参数,然而环状流起始点的初始携带份额至今仍需通过假设来确定。以广泛应用于核工业的临界热通量查询表为依据,针对界限含气率区间建立环状流液膜干涸模型,对使模型计算值满足查询表工况的初始携带份额进行分析,拟合得到其与Weber数及液相Reynolds数的关联式,预测值偏差大多在±30%内。     

升膜蒸发管内流型可视化及传热性能

为了探究热流密度、真空度和流量对升膜蒸发器传热性能的影响,以及对升膜加热管内流体流型进行观测和分析,本文建立了升膜蒸发系统传热实验平台,对升膜蒸发器的传热特性和流体流型进行实验研究.实验所用升膜管管长2200mm,升膜管采用镀透明导电膜石英管,工作介质为水;升膜管蒸发侧采用电加热方式;研究了热流密度(6.71kW/m²≤ q≤ 26.79kW/m²)、流量(20L/h≤ M≤ 100L/h)和真空度(0≤ P≤ 15kPa)对升膜加热管流体流型和传热特性的影响.结果表明:通过电加热的方式可以实现石英管内溶液的升膜蒸发,并能观测到泡状流、块状流、弹状流、柱塞流、环状流和雾状流;热流密度低于6.71kW/m²时无法形成升膜蒸发,随着蒸发侧热流密度的增大,升膜管内环状流长度增大,管内传热系数增大;随着流量的增大,升膜管内液体湍流强度增大,管内传热系数增大;真空度对流体流型影响较大.     

Interfacial Friction Factor Prediction in Vertical Annular Flow Based on the Interface Roughness

Correlations for the interface roughness are proposed for conditions without or with disturbance waves for vertical annular flow. The decisive role of interface roughness in the interfacial friction factor is specified through a comparison of ten correlations for the interfacial friction factor with an experimental database. The effect of the disturbance wave on the interface roughness is analyzed to figure out the influence parameters, which are the superficial gas and liquid Reynolds numbers for conditions without disturbance waves and gas core and liquid film Reynolds numbers for conditions with disturbance waves. The proposed correlations improve the prediction precision of the interfacial friction factor, especially in smooth and transitional regimes.     

文丘里型气液分布器的实验与数值研究

以一种文丘里型气液分布器为对象,在直径为28 cm的冷模装置中考察了其流体力学性能。气、液流量分别在5~25 m³·h^-1、0.2~0.6 m³·h^-1范围内,使用激光粒度仪测量了液滴Sauter平均粒径（D₃₂）,并测定了其分布均匀性和抗塔板倾斜性能。结果表明：文丘里结构加强了气液混合,与泡罩型分布器相比,此分布器具有更好的液滴破碎性能;气速增大会使出口液体从伞状流变为喷射流,但仍能在直径约为出口直径10倍的区域内均匀分布;在气、液相负荷分别为10~20 m³·h^-1、0.4~0.6 m³·h^-1时,液位在进液口和进气口之间,此时分布器具有优异的抗塔板倾斜性能。采用计算流体力学软件模拟了分布器内部气液流动过程,得到了相含率和速度矢量图,所得结果有利于分布器的分析与改进。     

竖直管外气液逆流环状降膜速度与温度分布

建立了竖直管外环状降膜气液逆流传热传质条件下稳态层流降膜一维速度分布和二维温度分布模型,以及膜厚和降膜表面热通量的数值计算方法。表面热通量的模型计算值与实验值在气体Reynolds数Re_g<1200的范围内吻合较好,表明基于界面摩擦因子求解模型的方法在两相均为层流条件下是可靠的。模型显示了降膜速度分布和温度分布的非线性特征,降膜表面附近陡降的温度梯度表明,减小膜厚是强化降膜传热传质过程的有效途径。     

水平微细管内CO2流动沸腾压降特性

对CO₂在内径1.5 mm水平微细管内流动沸腾换热摩擦压降特性进行了实验研究。实验工况：热通量（7.5～30 kW·m^-2）、质量流率（300～600 kg·m^-2·s^-1）、饱和温度（-40～0℃）。实验结果表明：热通量的增加对摩擦压降影响很小,几乎为零;质量流率是影响摩擦压降的最主要因素;随着饱和温度的升高摩擦压降减小;干度对摩擦压降影响主要由管内流型变化导致。将实测摩擦压降变化趋势绘制于CO₂流态图中,比较发现理论预测摩擦压降最大值落在环状流末端区域。实验过程中对各个工况管内流态进行可视化研究,理论分析所采用的流态形式与实际CO₂在微细通道内所具有的流态类型基本一致。     

一体化笼式生物脱氮反应器水力特性

水力特性是生物脱氮反应器高效稳定运行的基础,采用脉冲刺激响应技术研究了一体化笼式生物脱氮反应器的水力特性。试验结果表明:在水力停留时间为4 h,水力负荷为6.0 m³·m^-3·d^-1,表面流速0.145 m·h^-1的条件下,该反应器的流态趋于全混流。以多釜串联模型表征,供气量为1.714、3.214、6.429、8.571 m³·m^-3·h^-1时的串联釜数依次为1.55、1.56、1.54和1.55;以轴向扩散模型表征,对应的Peclet数分别为1.479、1.503、1.466和1.478;两个模型预测结果一致。反应器总死区的均值为41.63%,其中水力死区的均值为21.99%。在所试范围内,供气量对其水力特性的影响较小。     

Evaporative Heat Transfer of Annular Two-phase Flow of Air-water in a Small Vertical Tube

The evaporative heat transfer of the non-boiling annular two-phase flow of air-water in a small vertical tube with uniform wall heat flux was studied both theoretically and experimentally. A simplified two-phase flow boundary layer model was used to calculate the thickness of the water film attached to the wall, and from the liquid film thickness the evaporative heat transfer coefficients of the annular two-phase flow were obtained. Theoretical equations and semi-theoretical equations were proposed for predicting the evaporative heat transfer of the annular two-phase flow of air-water in a small vertical tube. The semi-theoretical prediction agrees well with the experimental data. The mechanism of the heat transfer enhancement is the evaporation of the thin liquid film attached on the wall.     

Evaporative Heat Transfer of Annular Two-phase Flow of Air-water in a Small Vertical Tube

The evaporative heat transfer of the non-boiling annular two-phase flow of air-water in a small vertical tube with uniform wall heat flux was studied both theoretically and experimentally. A simplified two-phase flow boundary layer model was used to calculate the thickness of the water film attached to the wall, and from the liquid film thickness the evaporative heat transfer coefficients of the annular two-phase flow were obtained. Theoretical equations and semi-theoretical equations were proposed for predicting the evaporative heat transfer of the annular two-phase flow of air-water in a small vertical tube. The semi-theoretical prediction agrees well with the experimental data. The mechanism of the heat transfer enhancement is the evaporation of the thin liquid film attached on the wall.