T型毛细管中气液两相流型及Taylor流的数值模拟

运用FLUENT求解器中的VOF模型对T型毛细管中气液两相流型进行数值求算,模拟出不同气液相表观速率下的各流型变化及Taylor流流动,并考察了气液表观速率、接触角以及毛细管内径对Taylor流流动特性的影响。研究结果表明:通过改变气液两相的表观速率,观察Taylor流中的气液柱长度的变化,发现得到的模拟值和实验值在一定范围内非常吻合;气泡长度和液柱长度分别随着气相表观速率和液相表观速率的增大而变长;随着接触角的增大,Taylor流中气液柱的长度会呈现凹函数的线性变化,但整个过程波动范围均在15%以内,这表明接触角对Taylor流的流动影响不大。     

毛细管内气-液Taylor流动换热特性数值模拟

采用动网格技术,对恒壁温边界下,竖直上升毛细管(管径为1mm)内充分发展状态的气-液Taylor流动进行数值研究,分析入口雷诺数、气泡体积分数对Taylor流动的换热阻力特性的影响.模拟结果表明,由于Taylor气泡的存在,液柱区域的摩擦阻力因子高于单相流动,模拟结果与经验公式吻合较好.液柱表观努赛尔特数随气泡体积分数的增大而增大,基本不随入口雷诺数的变化而改变.在恒壁温边界下,Taylor气泡及液膜区域对整体传热的贡献较小.液柱区域内循环可以提高加强核心区域与近壁面区域的热量交换,加快换热过程,提高Taylor流动的传热效果.内循环对换热的强化作用随着液柱长度的增大而降低.     

起伏地区天然气管线清管过程分析研究

研究清管过程中气液两相流流动特征,有助于管线本身及上下游设备的设计和操作。因此,采用多相流瞬态模拟软件OLGA,对起伏地区天然气管线清管过程中气液两相流动规律进行了研究,重点分析了清管过程中的流型、压力、持液率、清管速度、积液量等参数的变化规律。结果表明,由于清管过程中地形起伏较大,气液两相流体出现了分层流、段塞流和环状流等3种流型;管道入口处压力最大,沿程压力逐渐减小,压力波动情况与流体持液量和地形有关;清管器速度总体上波动不大,平均速度为3.5～3.8 m/s;清管过程中出现的最大液塞段长度达到3 851.0 m;持液率不断变化,最大清出液量接近300 m3。研究结果对地形起伏地区天然气管线的清管作业具有一定的实际指导意义。     

长庆油田川平46-23集输管路运行工况模拟研究

针对长庆油田川平46-23集输管路,利用管路的现场参数,通过对比分析优选出合适的流型划分模型、持液率模型、压降模型以及蜡沉积模型。对上述模型编程求解,分析了集输管路运行压力、温度、持液率、有效内径、气/液相表观流速、蜡沉积速率等随管道长度与运行时间的变化规律。模拟结果表明,在运行36h内,随管道长度的增加(除前60m),结蜡速率减小,压力降低,温度降低,气相表观流速增大,液相表观流速减小,持液率减小;随着运行时间的增加,同一节点处的蜡沉积速率增大,压力降低,温度升高,气、液相表观流速增大,持液率减小。     

并联硅基扩缩微通道内气液两相间歇流型与压降特性

采用以IDT高速摄像仪和Nikon生物显微镜为主体的可视化观测系统,实验研究并联硅基扩缩微通道内氮气/水气液两相间歇流型及压降特性.随气液两相表观流速变化,间歇流子流型依次呈现环状/单相液体交替流型、弹状/环状/单相液体交替流型、弹状/单相液体交替流型、雾状/弹状/单相液体交替流型和雾状/单相液体交替流型,得到不同气液两相表观流速下并联扩缩微通道流型分布图.研究表明,均相流模型的压降计算结果同实验值有较大出入.尽管分相流模型在一定程度上引入了气液两相的相互作用,其预测结果好于均相流模型,但是仍无法精确地描述并联扩缩微通道内氮气/水气液两相的运动与空间分布.     

起伏管路气液两相弹状流液弹特性实验

为了探究起伏管路中气液两相弹状流液弹频率与液弹长度随管路倾角、折算速度的变化规律,采用实验测量方法建立不同倾角的起伏管路,设置不同的气液折算速度.根据气液工质导电特性的差异,利用电导探针测量管路中不同工质通过探针时的电信号变化,得到不同工况下的气液两相弹状流流动特性参数.结果表明,气液两相弹状流的液弹频率与管路倾角无关...     

倾斜下降管内气-液两相流流型PSD特征

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。对倾斜下降管内气液两相流流型的鉴别进行了实验研究。结果发现：利用压差的时域信号和信号的功率谱密度函数(PSD)，可以客观地判别流型。     

微通道内气-液两相流动特性研究

考察了400μm光滑通道内氮气-乙醇、氮气-CMC(共5组,不同表面张力)的两相流动特性,并给出了更为普遍化的流型图,同时也研究了液体性质(密度、粘度等)对微通道内两相流体流动的影响。结果表明,不同流体的摩擦压降都会随着表观气速和表观液速的增加而呈现上升的趋势,随着粘度的增长,总体压降也会出现上升趋势,并且粘度越大越容易出现环型流。     

基于连续小波变换和RBF神经网络的气液两相流流型识别方法

针对气液两相流压差波动信号的非平稳特征,提出了以多尺度连续小波变换值矩阵的奇异值为特征矢量的流型识别方法。首先对气液两相流压差波动信号进行连续小波变换,得到初始特征向量矩阵。然后对初始特征向量矩阵进行奇异值分解得到矩阵的奇异值,将其作为流型的特征向量,再结合RBF神经网络形成流型的智能识别方法。对水平管内空气-水两相流4种流型的识别结果表明该方法能够有效地识别流型。     

气力提升管内流型识别的实验研究

以压缩空气、水和麦饭石陶瓷颗粒作为实验介质,利用高速摄像仪对气力提升管内的气液两相流流型及气液固三相流流型进行可视化分析识别。实验结果表明,采用高速摄像技术有效识别了气力提升管内的流型,观察到气液两相流中存在着4种流型:泡状流、弹状流、泡沫流、环状流。以气液两相流流型特征为基础参考,将观察到的气液固三相流流型归分为弹旋流、旋涡流、波浪流、聚泡流和环柱流5种。并对各流型间的转变机理进行了分析阐述。     

T型微通道内液滴形成过程及长度的实验研究

利用高速摄像机研究截面为400×400 μm的正T型微通道内液-液两相流动特性,离散相（硅油）和连续相（质量分数为0.5%的十二烷基硫酸钠SDS蒸馏水）的体积流量范围分别为1~5、2~110 mL/h. 结果表明,两相流型主要为弹状流和滴状流,前者的形成机理为挤压机理,后者为剪切机理. 液滴的长度随离散相体积流量和离散相与连续相体积流量之比的增大而增大,随连续相的体积流量和毛细数的增大而降低. 液柱长度的变化规律与液滴长度相反. 液滴生成时间随离散相与连续相的体积流量的增大而逐渐降低,剪切机理生成液滴所需时间小于挤压机理. 依据实验结果,采用离散相与连续相体积流量比和连续相的毛细数,总结出无量纲液滴、液柱长度及液滴生成时间的预测关联式.     

水平管气液两相流流型的压差波动特征

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。通过大量实验，测量了各流型在各种工况下的一些流动参数，包括：压力、温度、各相的流量以及实验段的压差波动时间序列。通过对实验段压差波动信号的分析发现，压差波动信号能很客观地提供流型的信息，可以用来识别流型。     

气液两相流波动系数及其在流型识别中的应用

为了克服已有流型识别方法受主观影响大、在线识别困难和流型识别不准确等缺点，利用对气液两相流流型影响小、压力损失小的文丘里管测量差压信号,通过计算差压信号瞬时值平均方根与平均差压方根之间的比值得到气液两相流的波动系数，提出了双参数识别气液两相流流型的方法.波动系数表明了瞬时差压偏离平均差压的程度以及截面含气率的波动程度.两相流动越不稳定，截面含气率波动越大；气液两相流各截面状态的差异越大，波动系数越大.两相流波动系数表示两相流动的波动程度，使用波动系数可以直接将分层流与其他两相流流型区别开.实验结果表明，双参数识别气液两相流流型的方法受主观影响较小，可以有效识别泡状流、塞状流、弹状流、环状流和分层流.     

黏弹性管道中气液两相瞬变流实验及模型

为了给管道安全设计提供建议,以及使基于瞬变流理论的管道故障检测技术在黏弹性输水管道中得以应用,对黏弹性管道中气液两相瞬变流进行研究.首先,在重力流有机玻璃管道中进行快关阀气液两相瞬变流实验.其次,以离散蒸汽空腔模型(DVCM)和离散气体空腔模型(DGCM)为基础,用体积含气率对瞬变流波速进行修正,建立两个将非稳定摩阻和管壁黏弹性影响考虑在内的一维气液两相瞬变流模型.实验和模型结果表明:在初始流型为泡状流的低压系统中,DVCM能准确模拟实验波速,而DGCM求得的平均波速值比实验波速大.在模拟初始流型为泡状流的瞬变流时,DVCM模拟结果与实验值吻合得很好,而DGCM模拟结果的最大峰值更大,对管道设计来讲更为安全;在气液两相瞬变流过程中,气体的可压缩性使得管壁的黏弹性效应对压力的衰减作用大为削弱,导致非稳定摩阻的影响不可忽略,且由于气体存在使得整个瞬变流过程中压力衰减变慢.     

水平管中气液两相流的流动特性研究

本文对水平管中气液两相流的流型分类，摩阻压降梯度在自制的实验台上作了系统的测定和研究，对气液两相流中这一经典课题得出的自己的见解和研究结果。     

气液混输管线水动力严重段塞流实验

水动力严重段塞流型相比于一般的地形严重段塞流发生范围更广且危害类似,因此需要在工程设计上给予关注.在水平-下倾-立管组合管线实验装置上,针对入口处不同气液两相流量组合,对该种组合管线系统中气液两相流特性开展了实验研究,获得了水平管和立管内气液两相流型图.实验发现,当水平管内流型处于分层流向段塞流过渡阶段时,可能会出现间...     

多孔介质通道气液两相流型及压降特性研究

通过高速摄影仪研究多孔介质通道内气液两相流体垂直向上流动的流型,在实验参数范围内依次拍摄到泡状流、弹状流、脉冲流、雾状流4种典型流型,并总结了各种流型的特征。依据实验获得的两相流动阻力数据,分别对分相模型阻力关系式和均相模型阻力关系式进行了拟合,得到了适于实验特点的两类阻力关系式。改进后的两类模型均与实验数据实现了较好的吻合,但模型关系式定义中包含了影响阻力压降各要素的均相模型具有更高的预测精度,且该模型物理意义更加清楚,可以优先用于多孔介质通道气液两相流动的阻力计算。     

气液并流通过波纹筛板填料的流体力学性能

脉冲流是堆叠筛板填料中的一种特殊流型，因其具有较高的传质传热效率而受到关注。本文从强化气液相互作用、扩展脉冲流操作区域的角度提出波纹筛板填料，并通过实验研究了三种规格波纹板填料中的两相流压降特性和脉冲流行为。结果表明，与普通筛板填料相比，波纹板填料中脉冲流的操作范围显著扩展、脉冲流强度也同时增强；突出特点是，脉冲流的出现有一起始液量，且该起始液量随着孔径的减小而减小，筛孔较大的两种波纹板填料中出现脉冲流的起始液量相较于普通筛板显著降低，三种波纹筛板脉冲流操作区域的上限气量均显著提高。波纹板填料中两相流压降的变化以及操作参数、孔径及开孔率等结构参数的影响规律类似于普通筛板填料，两相流压降随着气、液流量的增加而增大，随着板数的增加呈线性增加关系；筛板孔径和填料开孔率的减小都导致压降的增加，二者影响的显著性是相对的且与两相流量有关；由于流动不规则性增强，波纹板单板压降同比高于普通筛板。综合实验数据，提出了波纹筛板填料的干、湿板阻力系数关联式和脉冲流操作区域的上、下限气、液相雷诺数关联式，其预测值与实验结果相对偏差均在15%以内，可供波纹板堆叠填料的应用设计参考。     

气液两相流波动系数及其在流型识别中的应用

为了克服已有流型识别方法受主观影响大、在线识别困难和流型识别不准确等缺点，利用对气液两相流流型影响小、压力损失小的文丘里管测量差压信号．通过计算差压信号瞬时值平均方根与平均差压方根之间的比值得到气液两相流的波动系数，提出了双参数识别气液两相流流型的方法．波动系数表明了瞬时差压偏离平均差压的程度以及截面含气率的波动程度．两相流动越不稳定，截面含气率波动越大；气液两相流各截面状态的差异越大，波动系数越大．两相流波动系数表示两相流动的波动程度，使用波动系数可以直接将分层流与其他两相流流型区别开。试验结果表明，双参数识别气液两相流流型的方法受主观影响较小，可以有效识别泡状流、塞状流、弹状流、环状流和分层流．     

泡沫排水采气适用界限的实验研究

为明确各流型下泡沫排水工艺排液效果进而有效指导选井,设计一套可视化的空气-水-泡沫三相管流模拟实验装置,通过表面张力实验确定实验起泡剂浓度,开展不同气相表观流速和液相表观流速的泡沫举升效果实验.研究发现:在空气-水两相流动中加入起泡剂能够有效降低两相流动压降,显著抑制流动振荡;随着气相表观流速的增加,泡沫对井筒中压降和持液率的降低幅度呈先增后减;在泡沫排水有效区域内,井筒气和水搅动剧烈,促使加入的起泡剂与水充分接触产生大量泡沫,降低了井筒压降和持液率;将携液临界气流速作为泡沫排水有效区域的气相表观流速上限,该区域的气相表观流速下限为泡状流到段塞流的转换界限,确定泡沫排水效果最佳区域气相表观流速界限为段塞流到搅动流的转换界限.泡沫排水适用界限将两相流流型转换界限与泡沫实验结果紧密结合,明确了泡沫排水适用气量界限,降低排采成本,为气田泡沫排水工艺的高效应用提供依据.