化学激光器用文氏咀的临界背压比

 建立了一套文氏咀临界背压比的测量系统,分别以氮气、氩气和氧气为工作介质,对两种加工工艺、不同规格文氏咀的临界背压比进行了测量,得到了各文氏咀对应不同工作介质的临界背压比,讨论了实验系统中第一个文氏咀的作用和温度对测量结果的影响。实验结果表明:设计合理、工艺合适的Laval喷管,临界背压比明显高于临界压力比,而且,比热容比越小,表面粗糙度等级越高,喉道直径越大,对应的临界背压比越大。     

基于改进希尔伯特-黄变换的超窄带激光器气体检测消噪研究

为降低电路及光路噪声等对痕量气体检测精度的影响,达到进一步提高痕量气体检测系统精度的目的,选用超窄带激光器作为系统光源并以谐波检测原理及改进希尔伯特-黄变换(IHHT)滤波算法作为数据处理的核心算法构建高精度痕量气体检测系统平台。选取甲烷作为被检测对象,理论计算得当光源输出中心波长为1650.959nm时,该系统甲烷气体体积分数C与输出光强一、二次谐波比值I2f/If的相关系数为0.084639。将一定体积分数的甲烷气体通入平台光纤气室中进行灵敏度实验,实验结果表明应用IHHT降噪处理后C与I2f/If的相关系数由使用傅里叶变换(FFT)处理的0.062585提升到0.074884,且气体体积分数越低,IHHT的降噪效果越好。     

非饱和多孔介质内毛细驱动流动分析

将非饱和含湿多孔介质层内液体饱和度当量为无量纲的液层厚度,在多孔层内发生相变时其分布规律直观地反映相变传热能力从而预示临界热流(CHF)的发生.计算结果显示,多孔层中心处最容易出现干涸而导致CHF;残余饱和度和孔隙率越大,越不容易出现CHF;饱和度分布形状(液层形状)主要受输入热流密度和孔隙率的影响,热流越小、孔隙率越大就越平缓.     

CO_2-油-水体系的相平衡特性研究

CO_2驱油技术在提高原油采收率及温室气体地质埋存方面具有广阔的应用前景,因此准确预测油藏环境条件CO_2-油-水混合体系的相平衡特性成为目前重要的研究课题。本文基于P-R EOS和Rachford-Rice闪蒸公式,对CO_2-油-水体系在不同油组分、不同混合比例及不同压力下的相平衡特性进行了计算分析。结果表明,在相同压力下,碳原子数较小的油组分在气相中含量较大;体系内较高的CO_2含量更利于油组分的气化。CO_2-油-水体系的气相黏度随压力增大而增加,油组分的碳原子数越小,其气相黏度值越小,且受系统压力影响越大。CO_2-油-水体系的液相黏度随系统压力增大而逐渐减小,碳原子数较大的油组分对应着较高的液相黏度,且受压力影响更加明显,结果表明CO_2具有明显的液相降黏效果。     

针环式电极大气压下氩气等离子体射流长度影响因素研究

为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响,设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置,分别研究了放电电压、电极间隙、高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长度的影响,并采用发生光谱法对该反应器产生的等离子体电子激发温度进行了计算。结果表明：等离子体射流的最大长度可达80 mm;高压电极放电末端与接地电极之间的距离越大,射流长度越长但不是线性增长;射流长度随电极间隙的增加呈现先增大后减小的趋势且在电极间隙为4.5 mm时该射流达到最大长度;随着氩气体积流量的增加,等离子体射流长度也呈现出先增大后减小的趋势且减小的幅度较低;电子激发温度在高压电极和接地电极处较高,两电极之间部分次之,在石英管出口处会有比较明显的下降。     

多孔结构内流动沸腾流型分类及转变研究

以球形燃料核反应堆为工程应用背景,分别对直径4 mm、6 mm、8 mm颗粒堆积的多孔结构进行了流动沸腾可视化试验,在实验参数范围内得到了泡状流、泡状-弹状流、弹状流、弹状-环状流四种流型.获得了热流密度、流速、颗粒直径等对流型的影响规律.增加热流密度,汽泡数量增加,体积变大,变形、合并、分裂频繁;流速越高、颗粒越小,汽泡体积越小、数量越少.流速越高、球径越小发生相同流型所需要的热流密度越大.对Tung/Dhir模型进行修正得到了多孔结构内流动沸腾两相流流型图及各流型间的转变含气率.     

可压缩液体中气泡的声空化特性

利用新提出的Gilmore-NASG模型,在考虑液体可压缩效应的边界条件下,研究了可压缩液体中气泡的声空化特性,并与利用原有KM-Vd W模型计算得到的结果进行了比较.结果表明,相比于KM-Vd W模型,由于Gilmore-NASG模型采用新的状态方程来描述气体、液体以及由可压缩性引起的液体密度变化及声速变化,所以用Gilmore-NASG模型得到的空化气泡的压缩比更大、崩溃深度更深、温度和压力峰值更高.随着驱动声压幅值的增大,两种模型给出的结果差别愈加明显,而随着驱动频率的增大,两种模型给出的结果差别逐渐减小.这表明,在充分考虑泡内气体、周围液体在不同温度和压强下共体积的变化所导致的介质可压缩特性下,气泡内的温度和压强可能达到更高值.同时, Gilmore-NASG模型还预测出了气泡壁处液体的密度变化、压力变化、温度变化以及液体中的声速变化.因此, Gilmore-NASG模型在研究高压状态下气泡的空化特性以及周围液体对气泡空化特性的影响方面具有优点.     

双模式放电中DBD放电参数对甲烷滑动弧火焰光谱及活性粒子的影响分析

对未燃烧的可燃混合气体进行DBD放电,放电后会产生大量的活性粒子,这些活性粒子可以辅助气体燃烧,达到提高燃料燃烧利用率等目的。以DBD激励氩气、甲烷、空气产生的自由基（CH基和OH基）等强化燃烧的关键活性粒子为探索对象,研究DBD放电激励甲烷对滑动弧火焰的影响。为此,采用自主设计的DBD-滑动弧双模式等离子体激励器,利用同轴介质阻挡放电结构对氩气、甲烷、空气混合气进行放电激励,将激励后的氩气、甲烷、空气混合气通入滑动弧端进行点火。固定氩气流量不变,调整空气流量为4.76 L·min-1,并加入甲烷0.5 L·min-1,保证进气通道内氩气与空气-甲烷的气体体积流量比达到Ar∶（CH₄+Air）=1∶30,其中空气、甲烷这两种气体达到了化学燃烧当量比φ=1,氩气、甲烷、甲烷混合气体能实现均匀而稳定的放电并燃烧。DBD段放电电压在15～20 kV范围变化,放电频率在6～10 kHz范围变化,滑动弧段的电压和频率分别保持4 kV与10 kHz恒定,通过改变DBD段放电电压和放电频率,用高速光纤光谱仪检测滑动弧火焰中自由基种类及其光谱强度,分析放电参数激励甲烷对火焰中自由基（CH基和OH基）的影响。结果表明,DBD段放电电压及放电频率的增加可以促进火焰内部的偶联反应发生,可有效提升甲烷滑动弧火焰内部的活性粒子含量,其中OH基团、CH基团在燃烧链式化学反应进程中发挥着较为重要的作用。甲烷经过DBD激励后,随放电电压和频率的增加,火焰中OH基、CH基等主要活性粒子都随之增加。DBD放电后,活性粒子的光谱强度增大,特征谱线比单模式更加明显;甲烷经过DBD激励后,火焰组成发生了变化,滑动弧段出口处甲烷燃烧反应更加充分,火焰温度越高越容易产生OH基。与单模式滑动弧相比,双模式放电可有效促进火焰内部的链式化学反应进程,促进燃料燃烧。     

不同压力下Laval喷管天然气超声速脱硫化氢性能

为了研究采用Laval喷管实现天然气中硫化氢气体凝结与液化的可行性,建立了天然气中硫化氢气体超声速凝结的数学模型,研究了Laval喷管内甲烷-硫化氢混合气体超声速流动基本规律,对比了不同压力下Laval喷管天然气超声速脱硫化氢性能。结果表明:当甲烷-硫化氢双组分混合气体流入喷管后,经过喷管的渐缩段,马赫数不断增大,压力温度不断降低,在喉部处达到声速,流经喉部后气体高速膨胀,马赫数最大可达2.06;随着入口压力的升高,成核率起始位置前移、成核区域变窄,液滴数目减小,液滴半径和液相所占比重增大,Laval喷管出口处气相中硫化氢摩尔分数降低,硫化氢的脱除效率增大。     

细圆管内纳米悬浮液对流换热的实验研究

实验研究了细圆管内氧化铜纳米颗粒悬浮换热特性。试验段的管径为0.68mm、1.01mm和1.28mm,氧化钢纳米颗粒平均粒径为50um,悬浮液中氧化铜纳米颗粒质量分数分别为0.02,0.04和0.06,分散剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)质量的分数为0.02。为进行对比分析,还测试了水的换热特性。实验结果表明,在所研究的尺寸下,层流时去离子水的努谢尔特数Nu要高于已有液体对流换热关联式计算之值,纳米颗粒悬浮液的对流换热系数高于水的,且纳米颗粒的质量分数越高,悬浮液的对流换热系数越大。随着流动从层流向湍流的转换,强化效果也越明显。     

Gas volume fraction and velocity profiles

Upward inclined gas-liquid flows are frequently encountered in the oil industry and data relating to the local gas volume fraction distribution and the local gas velocity distribution is important, for example, in pressure gradient prediction and in modeling oil well ‘blowouts’. In this paper measurements are presented of the local gas volume fraction distribution and the local axial gas velocity distribution which were taken in bubbly air-water flows in an 80 mm diameter pipe which was inclined at angles of 0°, 15° and 30° to the vertical. Qualitative arguments are presented to explain the influence of the liquid superficial velocity on the local gas volume fraction distribution in inclined flow and also to explain the very high axial gas velocities observed towards the upper side of the inclined pipe.     

表面活性剂添加对水平管内气液两相流含液率的影响

应用电导断层测量技术研究表面活性剂添加对水平管内气液两相流含液率的影响,实验工质为空气/水、空气/100 mg/kg十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液。结果表明,空气/水气液两相流动在光滑分层流型区,表面活性剂添加对平均截面含液率基本没有影响。随着液体流速的增加,空气/水气液两相流动进入波状分层流型区域,添加表面活性剂可以抑制或消除界面波动,增大平均截面含液率。表面活性剂的添加使弹状流含液率下降,气液流速较低时这一现象尤为明显。     

螺旋管内气液固三相流颗粒相分布规律

为了深入认识螺旋管多相流相分离现象,并为新型螺旋管除砂器设计提供指导,本文应用马尔文粒度仪,测量了螺旋管气水砂三相流底部水平段液膜中的颗粒浓度和粒度分布。研究表明:在泡状流和分层流条件下,螺旋管底部水平段可形成稳定的连续液膜流动;在宽广的气速范围内,液膜中的颗粒浓度分布规律均为内弯侧较低、外弯侧较高,说明螺旋管除砂器对于实际生产中流动工况的变化具有良好的适应性;泡状流中提高气速有利于分离;分层流中在中等气速条件下外弯侧颗粒浓度最大,中等气速是相分离的最佳操作工况。     

Bubble Velocity and Size Measurement with a Four‐Point Optical Fiber Probe

The possibility to measure the velocity and size of individual bubbles in a high‐void fraction bubbly flow is investigated by using a four‐point optical fiber probe. The air bubbles have an initial spherical equivalent diameter ranging from 4 to 10 mm and the void fraction is up to 0.3. Firstly, single bubble experiments show that intrusiveness effects, i.e. bubble deformations due to the probe, are negligible provided that the bubble approaches the probe at the axis of the central fiber. A selection criterion is utilized for multiple bubble experiments. A good compromise can be found between the required accuracy, the duration of the measurements and the number of validated bubbles required for reliable statistical averaging. In an air‐water high‐void fraction vertical bubbly pipe flow, the void fraction obtained with the instrument is found to be in good agreement with both local single‐fiber probe measurements, and with the volume average void fraction obtained from pressure gradient measurements. The area average volumetric gas flow rate, based on the bubble velocity and void fraction as measured with the four‐point probe, agree with the measured gas flow rate. Also, the liquid velocity is measured by means of a laser‐Doppler anemometer, to investigate the slip velocity. The results show that reliable and interesting measurements can be obtained by using a four‐point optical fiber probe in high void fraction flows.     

管壁取样器分流比例调节及两相流量测量

分流比例的大小和波动范围直接影响到管壁取样分配器的体积大小和流量测量精度,为此开展了对气液相分流系数影响因素的理论分析,并在空气-水两相流实验环道上进行了实验研究.实验分配器主管直径为40 mm,管路中出现的流型包括分层流、波状流、环状流以及弹状流.通过改变取样孔数目以及分流回路安装阻力调节孔板研究调节前后分流系数的变化规律.研究发现,旋流型管壁取样分配器液相分流系数主要取决于取样孔总面积的大小,而气相分流系数大小主要由分流回路和主回路的阻力特性决定.     

非均匀毛细多孔层气液渗透传输特性研究

可视化实验研究了不同液/气流速和孔壁面浸润性对非均匀毛细多孔层内稳态饱和度、侵入时间及气、液微观传输特性的影响.结果表明:多孔层内液相饱和度及侵入时间均随液相侵入速率的增大而减小;亲水性多孔介质内液体优先选择小孔侵渗,且孔内侵渗速度变化较大;亲水性多孔层内的稳态气相饱和度随气相驱替速率的增加析增加,憎水性多孔层内的稳态...     

垂直下降管内油气水三相流摩擦压力降的实验研究

本文对垂直下降钢管中的油气水三相流摩擦压力降进行了实验研究,得出了三相流摩擦压力降与折算液速、折算气速和含液率之间的关系曲线,并对各影响因素进行了讨论。     

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采用两相流的流动换热理论,建立二维几何模型,运用FLUENT对稳定入口流速下注入气体的铅铋流动段作了模拟。模拟研究注入气体的体积份额或速度改变对压力和铅铋与注入气体之间换热与影响,得到了不同条件下的温度与压力分布。分析结果发现,体积份额减小,铅铋流体的径向温度分布更加均匀,中心温度更低;随着体积份额的减小,铅铋的总压呈现出一种下降的趋势。注入气体速度不同对铅铋整体的换热影响不大;中心处的动压有较大增加,总压改变甚微。     

离心泵叶轮内气液两相三维流动数值研究

本文采用欧拉模型对离心泵叶轮内气液两相泡状流动进行了数值模拟。分析了叶轮内压力、速度等的分布规律,发现在靠近轮盖侧吸力面入口附近压力较低,气液两相速度较大,气泡容易凝聚而导致含气率较高;靠近轮盘处含气率较低。分析了不同进口截面含气率对叶轮内部两相流动的影响机理,建立了进口截面含气率对内部相态分离及泵外特性的影响关系。     

正方形小通道内的非牛顿流体-氮气两相流动流型的实验研究

对水力直径为2.5 mm的正方形小通道内的非牛顿流体-氮气的垂直向上两相流动流型进行了可视化实验,工质分别为:浓度0.2%的聚丙烯酰胺(PAM)和0.2%的黄原胶(XG)水溶液,表观气速0.1～100 m/s,表观液速0.01～6 m/s.观察到的典型流型有:弹状流、搅拌流、弹环状流和环状流,其中弹环状流未见于水-空气上升流动.在PAM-氮气实验中发现了一种新流型-泡状-弹状流.通过流型图对比,发现非牛顿流体的搅拌流区域较牛顿流体窄,弹状-搅拌流转变线也明显右移,非牛顿流体的黏性对流型转变的影响较大.