小通道内液氮流动沸腾的可视化研究

通过高速CCD可视化实验,在气体表观速度0.01～26.5m/s,液体表观速度0.01～1.2m/s范围内,对内径为1.931mm垂直向上圆管内液氮流动沸腾的流型特性进行了研究.所观测的主要流型为:泡状流,弹状流,搅拌流和环状流.并绘制了流型图,发现环状流占了大部分的区域,干度大于0.15的区域基本上都是环状流.分析了流量对流型转变的影响,流量越大,相应的流型转变干度越低,而且流量大于820kg/m2s时,没有发现泡状流.通过与相同水力直径的空气-水的流型图比较,发现本文中的弹状流区域要小很多.通用的流型转变模型预测结果与实验结果相差较大.     

微重力条件下90°弯管气液两相流型研究

本文报道了微重力条件下90°弯管内气液两相流型实验结果。弯管内径12.7 mm,弯曲半径76.5mm,气、 液两相表观流速分别为1.0—23.6 m/s和0.09—0.5 m/s。本文分析了观测到的弹状流、弹-环过渡流和环状流的典型特 征,比较了与微重力直管内相应流型间及常重力弯管两相流型间的异同。     

球床内气液两相流流型及压降实验研究

在本实验参数范围内可将孔隙流道内空气/水两相流动划分为泡状流、泡状-弹状混合流、弹状流、弹状-环状混合流和环状流五种流型。本文修正后的Tung/Dhir流型转变模型与实验符合较好。依据单相流动压降数据,对Ergun公式参数进行了拟合,提出了适用于本实验特点的单相压降公式。并在此基础上利用渗透率系数提出了两相流动压降计算经验公式,与前人的公式相比,适用范围更广,计算误差也较小。     

三相鼓泡床流动结构Kolmogorov熵分析

在三相鼓泡床试验台上收集压差脉动时间序列值,同时用高速相机采集三相鼓泡床内流动结构变化的图片信息,运用混沌参数Kolmogorov熵以及确定Kolmogorov熵参数中的关联维数对压力脉动信号进行分析,得到混沌参数随表观气速的变化曲线图,研究三相鼓泡床内流型转变的情况.结果表明,该三相鼓泡床中可以明显观察到均匀流、过渡流和非均匀流三种流型,在不同的流型下,混沌特性也不同,当表观气速为0.22 m/s时,三相系统的混沌特性最强。关联维数与Kolmogorov熵随表观气速的变化曲线上两个转折点即为流型转变气速点,分析得到第-转变气速的范围是0.036~0.064 m/s,第二转变气速为0.18 m/s。运用Kolmogorov熵识别三相鼓泡床的流型,方法可行。     

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.     

疏水微通道内流动冷凝流型实验研究

实验观测了水力直径为150μm,宽深比3,通道壁面水接触角为130°的疏水矩形微通道内的流动冷凝过程。发现疏水微通道内的流型主要有珠状流、珠状-环状复合流、珠状-喷射复合流和弹状-泡状流。由于壁面的疏水性,喷射流处仍能观察到珠状凝结。珠状-喷射复合流的位置随入口蒸汽Reynolds数的增大而向通道出口移动,喷射频率随Re_v增大而增大。珠状-喷射复合流之后为弹状-泡状流,喷射流产生汽泡会冲击前一汽泡并合并流向通道出口。     

水平管内油气水三相流分流型阻力特性实验研究

对水平管内油气水三相流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究,水平管实验段由有机玻璃管制成,内径为40mm,所用的实验工质为:46#机械油,自来水和空气。油、气、水三相的折算速度范围分别为:0.05-0.51m／s、0.05-1.51m／s、0.02-50.6 m／s。按照气液界面总体特征将水平管内油气水三相流的流型分为泡状流、间歇流(段塞流和弹状流)、分层流及环状流。对各种典型流型下的摩擦阻力压降应用改进的Chisholm关系式及油水两相压降关系式进行分析,对Chisholm关系式中的参数C进行了重新定义。发现改进的Chisholm关系式能够较好地对管内油气水三相摩阻压降进行预测,因此改进Chisholm关系式可以作为摩擦压降计算的通用关系式。     

垂直圆管氮气-磁性液体两相流电磁感应现象

基于磁性液体与非磁性气泡磁导率的差异,理论分析与实验研究了氮气-磁性液体两相流的电磁感应现象。以颗粒体积浓度为3.83%的水基Fe₃O₄磁性液体为工质,同时采用物性与其相近的去离子水进行流型的可视化对比研究。研究结果表明,当管内为泡状流、弹状流、搅拌流时均能产生毫伏级的感应电压,且感应电压的峰峰值随着气体流量的增加而增大,另外根据感应电压随时间变化的波形可以辨识出管内的流型。     

矩形微槽道内R134a流动沸腾换热特性的实验研究

本文主要研究了制冷剂R134a.在水平矩形(截面为1 mm×1 mm)微槽道内的流动沸腾换热特性。通过可视化手段观察到流动沸腾过程中的流型变化。同时得到了质量流速在60~1100 kg/(m~2s)、热流密度在33~120 kW/m~2时的流动沸腾换热系数,并对R134a的沸腾曲线作了讨论。通过可视化结果,发现了从泡状流到干涸流的7种流型。换热系数随着热流密度的增加而增加,干涸流的出现会导致换热系数迅速减小。核态沸腾传热在受限气泡到弹状流阶段得到增强。在搅混-环状流到环状流阶段,R134a的传热系数稳定在一个较高的值。此外,质量流速越大,CHF值越高。     

冲击型微小三通内弹环状流的相分配特性

本文在入口条件为弹环状流的条件下,考察了氮气-水两相流在水力直径为0.5 mm的水平等径冲击型三通中的相分配特性。根据入口与两个分支夹角的不同,冲击型三通分为T型冲击三通和Y型冲击三通。结果发现:相分配受入口流型的影响因冲击角而异。对于T型三通,入口流型对相分配的影响较小;而对于Y型三通,随着入口条件从靠近弹状流区域过渡到靠近环状流区域,相分配往等干度分配线靠近。变动冲击角对气液两相流的相分配有一定的影响,影响程度因入口条件而异。     

垂直气液两相流混沌吸引子单元面积分析

为了充分反映吸引子结构随时间延迟的变化规律,在现有吸引子形态描述方法基础上定义了吸引子单元面积,通过仿真发现,吸引子单元面积随时间延迟变化曲线第一个波峰的高度和时间延迟主要由信号中大幅值波动的数量、频率决定,利用此规律对实验采集到的气液两相流电导波动信号进行分析,发现在固定液相流量条件下,改变气相流量会导致泡状流、段塞流和混状流中大幅值波动幅度的改变,但相同流型信号中大幅值波动的频率比较接近.将吸引子单元面积随时间延迟变化曲线第一个波峰的时间延迟和落差比作为特征量,可以实现泡状流、段塞流、混状流的流型分类.     

非圆小通道内水-空气垂直上升流动流型研究

微化工机械以及紧凑式换热器的发展,使非圆截面小通道在工程中获得大量应用,但现有文献针对非圆截面小通道内两相流动的研究报导屈指可数。本文采用可视化手段研究了水力直径分别为2．886 mm和1．443 mm的三角形截面并联小通道内水-空气垂直上升流动,表现气速0．1~100 m／s,表观水速0．1~6 m／s。根据观察和测量结果,总结得到了流型转变界限,并获得了典型流型图像。将本文的实验结果与前人的研究结果对比表明:通道的截面形状和水力直径均对非圆截面小通道内两相流型转变界限有显著的影响。     

Statistic characteristics of the gas-liquid flow in a vertical minichannel

The gas-liquid upward flow was studied in a rectangular minichannel of 1.75×3.8 mm and length of 0.7 m. The experiments were carried out within the range of the gas superficial velocity from 0.1 to 10 m/s and the liquid superficial velocity from 0.07 to 0.7 m/s for the co-current H₂O/CO₂ flow under the conditions of saturation. The method for the two-beam laser scanning of structure and determination of statistic characteristics of the two-phase flow was worked through. The slug-bubble, slug, transitional, churn, and annular flows were distinguished. The statistics characteristics of liquid and gas phases motion in a minichannel were obtained for the first time including the velocities of phase motion.     

两相流流型多尺度熵及动力学特性分析

研究了几种典型非线性时间序列的多尺度熵特征,在此基础上分析了由插入式阵列电导传感器采集的144种流动条件下的垂直上升气液两相流电导波动信号.研究结果表明：利用小尺度下样本熵的变化速率特征可以分辨三种典型流型（泡状流、段塞流、混状流）,而大尺度下样本熵的波动特征可以反映各种流型的动力学特性.泡状流随机可变特性表现为大尺度下样本熵的高值及振荡特征;段塞流气塞与液塞的间歇性运动表现为大尺度下样本熵的低值及平稳性;混状流极不稳定的振荡运动特性表现为介于泡状流及段塞流之间的熵值特点,并在更大尺度时熵值逐渐接近泡状流 关键词： 样本熵 多尺度熵 气液两相流 动力学特性     

倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的计算与液层高度的预测

分层流是气液两相流中常见的流动型式，分层流中液层高度是计算的基本数据，由于界面波的存在，对液层的测量和预测都很困难．Ｖｌａｃｈｏｓ提出了预测气液两相分层流液层厚度的关系式，但这一关系式并不适用于倾斜下降管气液两相流．本文提出了计算倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的理论模型，在这种模型下得到的截面含气率和实验结果符合良好．在大量实验的基础上，考虑了倾角、管径、气液各相折算速度的影响，根据实验数据提出了预测液层厚度的关系式。     

气体/表面活性剂水溶液两相流流型的断层测量

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流型的影响,实验工质为空气/水、空气/100mg/kg十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液。结果表明,表面活性剂的添加明显影响波状分层流向环状流型的转换;同时光滑分层流型也拓展到较高的气体流速范围;研究中没有观察到表面性剂对塞状流与弹状流转换的影响。     

HEAT TRANSFER COEFFICIENTS FOR TUBES SUBMERGED IN CIRCULATING FLUIDIZED BED

Convective heat transfer coefficients were measured experimentally for a tube immersed vertically in a circulating fluidized bed. Circulating fluidized beds operate in the dilute transport regime of two-phase (solid/gas) flow. The dominant mechanism for heat transfer to surfaces is particle-induced convection. In this study, experiments were carried out in a circulating fluidized bed of15 cm diameter and 11 m height. An instrumented tube of 9.5 mm diameter and 1.3 m length was placed vertically at the centeriine of the fluidized bed to measure convective heat transfer coefficients at several different elevations in the bed. Three types of particles, with mean diameters ranging from 68 to 2S1 urn, were used in the experiments at superficial gas velocities in the range of 1.3 to 8.2 m/s. Results showed that the convective heat transfer coefficients with solid/gas two-phase circulation were two to three times greater than those for single-phase gas convection at the same velocity. For a given gas velocity, the coefficients increased with increasing solid mass flux, but decreased with elevation. It was demonstrated that the heat transfer coefficients for the immersed tube and for the bed wall could be correlated with different functional dependence on the two-phase suspension density.     

两相流流型复杂网络社团结构及其统计特性

利用气液两相流电导波动信号构建了流型复杂网络. 基于K均值聚类的社团探寻算法对该网络的社团结构进行了分析,发现该网络存在分别对应于泡状流、段塞流及混状流的三个社团,并且两个社团间联系紧密的点分别对应于相应的过渡流型. 基于复杂网络理论从全新的角度探讨了两相流流型复杂网络社团结构及统计特性问题,并取得了满意的流型识别效果,与此同时,在对该网络特性进一步分析的基础上,发现了对两相流流动参数变化敏感的相关复杂网络统计量,为更好地理解两相流流型动力学特性提供了参考. 关键词： 两相流流型 复杂网络 社团探寻算法 网络统计特性     

集输管路上升管系统严重段塞流实验和理论模拟

严重段塞流的实验研究表明,在气泡进入上升管底部到运动至出口的过程中,上升管中气泡头部以下流型为弹状流型;当气泡头部流出上升管后,上升管中的流型可看作块状流型。根据实验结果,本文提出了采用漂移流模型简化计算上升管中两相流动、上游管道中气体膨胀满足质量守恒,同时考虑上升管内液体动量守恒的严重段塞流计算模型。计算值与测量值比较表明,模型可以正确预测出气体膨胀流动过程,气体流动时间不受入口气液流量的影响。模型可以准确计算出严重段塞流周期、液塞长度和倾斜管中液柱最大长度等参数。