表面活性剂对气液两相螺旋管流流动特性的影响

为了考察阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对气液两相螺旋管流流动特性的影响,该文用实验研究了不同浓度的SDS溶液体系气液两相螺旋管流的流型转变及压降规律。实验装置为由有机玻璃圆管制成的长2 m内径23 mm的实验段,以SDS水溶液和空气为实验介质,气液相折算流速均为0―2.5 m/s,SDS溶液质量浓度10―90 mg/kg,螺旋流由5种不同型号的金属螺旋叶轮诱导产生。利用直接观察和高速摄像相结合的方法观测流型的变化,并用液柱式压差计测量实验管段上下游间压差,实验在常温常压条件下进行。实验共得到螺旋线状流、螺旋波状分层流、螺旋轴状流、螺旋弥散流4种流型,与未添加表面活性剂体系相比较,并未得到螺旋泡状流和螺旋团状流这两种流型。同时,随着SDS溶液浓度的增大,气液两相螺旋流逐渐向螺旋弥散流流型转变,这是因为低浓度的SDS溶液随着其浓度的增大,气液界面张力逐渐减小,而气液掺混程度则会不断增大。此外,与未添加表面活性剂体系相比较,添加了SDS体系的气液两相螺旋管流压降梯度将会减小。最后,阐述了气液两相螺旋管流强化天然气水合物生成的研究及应用现状,并针对多相流研究现状,提出了气液两相流相间传热特性应成为今后研究热点等建议。     

以纽带起旋的气液螺旋流实验研究

鉴于气液两相螺旋流在实际中的重要作用,且目前国内外对其鲜有研究报道,该文以空气和水为实验介质,利用高速摄像机对以纽带为起旋装置下的水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究.实验研究发现,存在螺旋波状流、螺旋泡状流、螺旋轴状流和螺旋弥散流四种典型的流型,并着重讨论了纽带的扭率对流型转换边界和流动压降的影响.该实验研究为今后对气液两相螺旋流的研究奠定了基础.     

立管系统泡状流和段塞流的流动特性研究

立管系统作为最基本的结构单元,目前已被广泛应用于海洋工程各领域中。而伴随着现场采出液复杂的气液混合状态,对于立管系统中的气液两相流动问题,越来越引起学术界和工程界的广泛关注。该文分别针对立管系统中最常见的两种流型:泡状流和段塞流进行了研究。在绘制流型图的基础上,针对上述两种流型的转捩边界进行了划分。其中,对于泡状流中发生的速度滑移现象进行了定量化描述,并采用漂移流模型进行了简要分析。另一方面,给出了段塞速度、段塞频率、以及段塞长度等特征参量,随表观流速增大的变化趋势。此外,对于压差信号的功率谱密度分析,可能将对在线流型识别产生积极影响。     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

水平井筒变质量分散泡状流压降的理论与实验研究

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别，可以预知常规水平管流的压降计算方法对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展。本文对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程，考虑管壁存在人流或出流对于分层流流型压降的影响，得到水平井筒气液两相变质量流动分散泡状流流型的压降计算方法。同时，设计并建立了水平井筒流体流动模拟实验装置，在轴向为气液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的压降实验研究，获得了大量的实验数据。实验数据和理论计算结果吻合很好，这表明该计算方法具有实际应用价值。     

竖直较大管径内气液两相流截面含气率实验研究

截面含气率是气液两相流动过程中的关键参数之一.在大管径流道内的气液两相流,弹状流难以形成,与常规通道相比,其流型特征明显不同.适用于常规通道截面含气率的一般计算方法,对于大管径流道而言,其适用性也较差.本文通过研究较大直径圆管内的气液两相流动过程,寻找适合于过渡尺寸流道内两相流动截面含气率的计算方法,从而建立起完整的、针对各个尺度范围内截面含气率的计算方法.实验选圆管直径为50 mm,介于常规通道和大通道之间;以空气和水作为工质,气相、液相折算速度的范围分别为0.05-2.0 m/s及0.01-2.0 m/s.首先利用获得的截面含气率实验数据,对适用于常规通道和大通道的截面含气率计算模型进行了评价;然后通过分析几类漂移流模型计算方法的分布系数和漂移速度的变化规律,解释了Hibiki-Ishii、Kataoka-Ishii、Kawanishi等几个模型计算误差较大的原因.     

水平管道油-气-水三相段塞流动持液率模型研究

油-气-水三相段塞流型持液率预测往往先将油水两相看作混合均匀的单相，再利用气液两相方法进行计算。这种方法适用于油水混合均匀的段塞流型。但在低气液相流速下，油-气-水三相段塞流型中有时油水是分离的，此时如果使用上述方法，可能导致比较大的误差。研究建立了分离假塞流型（油基和水基）的平均持液率计算新模型。统计分析发现新建模型与实验数据吻合很好。在实验的基础上，将油-气-水三相段塞流型划分为油基／分离／段塞流、油基／分散／段塞流、水基份离／段塞流、水基份散／段塞流四种。研究四种流型表明，在其他条件不变的情况下，对于气液两相流动和分散／段塞流型，持液率随着液相折算速度或液相黏度的增加而增加，随着气相折算速度的增加而减少。但对油基／分离／段塞流和水基／分离／段塞流，持液率则随着气相折算速度的增加，先上升后下降。     

油-水两相流流型转换研究

本文根据钢管内油—水两相流流型特征，建立了新的油—水两相管流流型的转换准则。它包括：分层流型的稳定性准则、分散流型和混合流型的转换边界及反相界线。流型转换准则得到了白油—水和柴油—水两相流的流型实验验证，而与有机玻璃管里的油—水两相流型的分布有一定的差异，这种差异与P．Angli的不同管材时的流型对比实验结论一致。这些都表明本文的流型转换准则能很好的预测钢管内的油—水两相流流型，这对于油田混钻管路的设计和运行具有十分重要的经济价值。     

以叶轮起旋的气液两相螺旋流摩擦阻力特性实验研究

该文对以叶轮起旋的水平管内气液两相螺旋流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究,水平实验管段为内径23 mm,长度为2 m的有机玻璃管,实验工质为空气和水,气相折算速度为0 m/s–3 m/s,液相折算速度为0 m/s–1.5 m/s。主要研究了流速以及叶轮参数对压降的影响,对比分析了气液两相非旋流与气液两相螺旋流的压降特点,实验结果表明:流体流速是管内摩擦阻力特性的重要影响因素,随着气相折算速度的增大,管内压降逐渐增大。叶轮参数对压降亦有较大影响,随着起旋角度的增大或者随着叶片面积的减小,压降均有逐渐变大的趋势。与气液两相非旋流相比,气液两相螺旋流的压降进一步增大;且随着气相折算流速的增加,螺旋流的压降增大速度要高于非旋流。最后,基于Lockhart和Martinelli方法,根据实验数据建立了气液两相螺旋流压降计算模型,研究结果表明理论值与实验测量值吻合较好。     

垂直上升气液两相流中三角形柱体两相斯托拉赫数的研究

本文试验研究了两种规格三角形柱体，在垂直上升气液两相流中，发生气液两相涡街时，气液两相斯托拉赫数的变化规律。在测得大量数据的基础上，得出了发生气液两相涡街时，气液两相斯托拉赫数的通用关系式，研究表明，气液两相斯托拉赫数在两相工况下为一变数，与来流截面含气率、涡街发生体形状和特征尺寸、来流方向等因素有关，应用此关系式，根据测得的两相涡街频率可钎涡街发展体作为测量两相流流量与组分的测量元件。     

对称突扩水流流态失稳和流场结构

对称突扩分离再附水流现象广泛存在于工程和生活中,流道突扩易产生局部水头损失、压力变化、结构振动、次生噪声等,对称突扩存在流场对称性失稳现象,如管道对称突扩等。然而,由于紊流的复杂性和量测技术的局限性,人们对其流动特性和流态演变规律认识仍然不足,有必要开展对称突扩流动的流场结构分析研究。本文基于物理模型试验和高精度图像粒子测速技术,模拟了不同雷诺数条件下（Re=539~48 911）对称突扩水流流动现象和精细流场结构,包含层流、过渡流和充分发展的紊流典型流态,随着雷诺数Re增加,流态从层流过渡到紊流,从对称到非对称分布,其流态发生对称性失稳,高雷诺数紊流时主流偏向一侧,流场结构相对稳定;揭示了突扩水流主流两侧形成的非对称分布的大尺度涡漩结构,其与流场对称性失稳有关联。     

改进的春日屋测流法在流量简测中的应用

以浙江省温州市永嘉石柱站为例，介绍了改进的春日屋测流方法在简化测流中的具体应用。     

螺旋流混合器内部流动及换热分析

构建了一种无运动部件的螺旋流混合器三维模型,运用计算流体力学理论,采用湍流、非定常和传热模型,模拟了冷、热水在混合器中螺旋混合的过程,并通过对混合器内流线和温度分布等的分析,探讨了混合器内部流动和能量交换的规律,以及进口流速和混合器容积的变化对其出口温度的影响。计算结果表明:螺旋流混合器可以得到了比较好的混合效果;在一定的阻力下,进口速度越大越易形成旋流,混合效果越好;螺旋流混合器的容积变化对混合效果影响明显,随着容积的增大,调整时间显著增加。     

两种流态区域条件下的井流问题的解析解

文中针对在均质等厚、无限分布的承压含水层中，以定流量抽水时，抽水主孔附近含水层会存在非线性流区域的问题，根据水量平衡原理，分别建立了线性流区域和非线性流区域的水流运动方程，采用Boltzmann变换对其求解，得到了计算两个区域中任一点的渗流速度和水位降深的解析公式。     

浑水,含沙水流,泥石流的鉴别

本文从连续介质的流变曲线出发，从理论上探讨了伪一相流二相流的力学特性，两相流中表现宾汉屈服剪应力随含沙量的变化以及区分牛顿体，非牛顿体的含沙量界限，和高含沙水流与泥石流的动力学区别，给出了鉴别浑水、高含沙水流和泥石流的特征值表。     

河流生态流量特征图及生态流量评价方法

以水电站大坝下游河道为研究对象,从分析天然日流量特征出发,基于月中值流量和月内典型特征流量绘制了河流生态流量特征图,作为水库下泄生态流量的确定依据。基于此河流生态流量特征图,建立了判断生态流量满足程度的7 d流量偏差率、7 d生态需水保证率、月均生态需水适宜度及基于此3个指标的生态需水综合指标,并给出了各指标的评价依据和评价方法。结果表明,河流生态流量特征图符合各时段河流天然流量的基本特征,可作为指导水库生态泄流的依据;所建立的生态流量评价方法能够反映实际下泄流量与天然流量的变化程度,可用于评价河流的生态流量满足程度。     

Micro-PIV measurements of the flow field around cells in flow chamber

The velocity profile around cells in a flow chamber coated with the immobilized protein and the endothelial cells is studied using the micro particle image velocimetry(PIV). The main purpose is to study the effect of the endothelial cells on the local hydrodynamic environment and the local shear rates above a single polymorphonuclear neutrophil(PMN) and a melanoma cell when they adhere to different immobilized protein substrates. Micro-PIV images are taken in the top-view and the side-view under 10 X and 40 X objective lens and the ensemble correlation method is used to analyze the data. The results show that the endothelial monolayer has changed the patterns of the flow velocity profile of the side-view flow on the chamber bottom, and also increased the wall shear rates. The melanoma cells adhered on the immobilized fibrin disturb the local flow more than those adhered on the immobilized fibrinogen, but one sees no significant difference between the local shear rates above the PMNs adhered on the immobilized fibrinogen and those above the PMNs adhered on the immobilized fibrin.     

Hydrodynamic modelling of flow impact on structures under extreme flow conditions

Apart from the direct threat to human lives, the flood waves as a result of the rapid catchment response to intense rainfall, breaches of flood defences, tsunamis or storm surges may induce huge impact forces on structures, causing structural damage or even failures. Most existing design codes do not properly account for these impact forces due to the limited understanding of the underlying physical processes and the lack of reliable empirical formulae or numerical approaches to quantifying them. This paper presents laboratory experiments to better understand the interaction between the extreme flow hydrodynamics and the hydraulic structures and uses the measured data to validate a numerical model. The model solves the two-dimensional shallow water equations using a finite volume Godunov-type scheme for the reliable simulation of complex flow hydrodynamics. New model components are developed for estimating the hydrostatic and hydrodynamic pressure to quantify the flow impact on structures. The model is applied to reproduce two selected experiment tests with different settings and satisfactory numerical results are obtained, which confirms its predictive capability. The model will therefore provide a potential tool for wider and more flexible field-scale applications.     

底座式多普勒测流仪在渠道自动监测中的应用

为解决渠道流量在线实时监测问题,依据声学多普勒频移的物理原理,开发了底座式IQ渠道流量自动监测系统,实现了流量数据实时自动采集,并通过GPRS等信道传送到中心站。中心站可对数据进行分析、处理、存储、转录、发布以及远程实时查询流量、工作状态、时段水量等。以云南牛栏江-滇池补水工程输水线路末端站为例,介绍了系统的工作原理、安装测量过程,分析了其监测精度。结果表明,与美国SONTEK公司的M9走航式声学多普勒水流剖面仪相比,IQ系统的测量误差在±5%以内,最大误差为-6.71%,系统误差为-0.9%,满足相关规范要求。