三维微肋螺旋管内流动沸腾流型与传热性能

采用三维微肋螺旋管进行了制冷剂R134a在管内的流动沸腾传热与流型可视化实验。随着流量和干度的变化,流型可划分为泡状流、塞状流、分层波状流、间歇流以及环状流。在Taitel-Dukler流型图上给出了流型的分区及其转变曲线,讨论了螺旋管内两相流动流型转变的特性。传热实验揭示了质量流量、热流密度及蒸汽干度对传热性能的影响,三维微肋螺旋管的强化因子为1.5-2.1。     

螺杆螺旋通道内气液两相流流动特性研究

本文以水和空气为工质对螺杆螺旋通道内气液两相流流动特性进行研究,采用可视化的方法对螺杆螺旋通道内流型结构进行观察,观察到通道内不同转角位置处的气液两相流型及其特征。根据实验观测结果,绘制了三个转角位置的流型图,并对各流型特征和流型之间的转换界限进行分析,给出了泡状流向间歇流转变、环状流向间歇流转变的准则关系式。     

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.     

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.     

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.     

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。     

重力热管喷涌不稳定性调控判据

重力热管内的两相流型对其工作特性有着至关重要的影响.本文借鉴垂直圆管内两相流型转变的实验研究结果和近饱和自由降膜流始发沸腾的观测结论,通过简化分析,给出重力热管蒸发段内由泡状流向弹状流过渡的流型转变判据.在低饱和蒸汽压和高过冷度下,这种流型转变将导致周期性振荡的两相流不稳定性,这就是喷涌不稳定性;因此,流型转变判据也就是喷涌不稳定性调控判据.文中还结合数值计算实例,指出影响流型转变的重要因素.     

水平正方形小通道内氮气-水两相流流型特性

利用高速摄影仪对正方形小通道(dh=1 mm)内氮气-水两相水平流动进行可视化观察,对流动特性进行了实验研究.获得了典型的流型图像,并观测到了很少见的毛细泡状流,但是未发现常规尺寸通道中的层流流型.将本文实验结果与相关文献比较,结果表明:相同(相近)水力直径的小通道内,截面形状和实验条件对小通道内流型转变有显著的影响.     

异形管束降膜流动流型及波长的分布规律

采用可视化方法对水的降膜流动过程进行了实验研究,考察了两异形管(蛋形管和滴形管)管间流型及其转变、降膜波长随Re数和管型的分布规律,并与圆管进行了对比分析。实验结果表明:各管的管间流型均随Re数的增大依次呈现滴状流、滴柱状流、柱状流、柱片状流和片状流;相较于圆管,两异形管的各流型更易在较低的Re数下获得,且流型较稳定。随着Re数增加和管间距S的降低,降膜波长呈减小趋势。两异形管的降膜波长较圆管的低,且蛋形管的流型转变Re数最低。     

基于电容法的小通道气液两相流参数检测系统

设计了一种可用于小通道气液两相流参数检测的电容传感器,并建立了相应的检测系统。对4.0 mm、3.1 mm、1.8mm三种小通道内气液两相流参数检测和流动特性分析问题进行了研究。实验结果表明研制的电容传感器和建立的检测系统是有效的,所获电容信号的傅立叶与小波变换结果能够用于流动特性刻画,有效地反映了多种管内流型的流动特性。     

蒸汽加热竖直矩形窄通道流动沸腾换热的研究

为研究板式换热器内(蒸发-冷凝器)两相换热机理及流型特征,建立单侧蒸汽加热竖直矩形窄通道可视化实验系统,并进行实验研究。结果表明:在窄通道换热中,以核态沸腾换热机理更为活跃,流动沸腾受到抑制,表面换热系数最大值出现在核态沸腾区域;随着入口温度越高,表面换热系数最大点往左迁移,随着质量流量的增大,过冷段增加,沸腾起始点升高,表面换热系数最大点往右移;矩形窄通道主要出现泡状流、合并汽泡流、搅拌流和环状流四种流型;将实验数据与现有流型图进行对比,发现流型转变与质量流量、通道尺寸及加热方式有关。该研究为更好的设计板式换热器提供了理论依据。     

微圆管内流动凝结换热的实验研究

本文对水平微圆管内凝结两相流流型进行了可视化观察,对流动和换热特性进行了实验研究。实验中只观察到 三种流型:柱塞状流、环状流和毛细泡状流。柱塞状流在质量小流量时才出现,流量较大时,流型以环状流和毛细泡状流 为主。实验的Nu数在某一Re数下具有最大值,而流动凝结的压降随Re数的增大单调增大。     

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。     

大管径油气两相流流型变化机理的研究

本文对大直径水平和不同倾角的倾斜管道内油气混输流动的流型及流行转换进行了研究,探讨大直径油气混输管道不同倾斜度油气两相流动过程中段塞流的形成机理。在大型多相流流动模拟实验装置上,模拟油气在大直径管道内的混输流动。通过改变倾斜角度,研究倾角分别为1°、5°以及10°下的油气两相流流型及流型转换的特性,实验结果表明,倾斜角度对段塞流流型的产生及其变化影响显著。     

气液两相流相含率测量新方法研究

本文基于电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C~4D)技术,提出了一种气液两相流相含率测量新方法。该方法基于新型六电极阵列式C~4D传感器,首先获取气液两相流电导信号,然后利用所获电导信号,结合LS-SVM回归方法分别建立三种典型流型(泡状流、环状流和层状流)的相含率测量模型。实际测量时根据流型选择相应的相含率测量模型,计算获得相含率。在内径为47.5 mm管径下进行相含率测量静态实验,研究结果表明,所提出的气液两相流相含率测量新方法是可行、有效的。在三种典型流型下的相含率测量最大绝对误差均小于9%。     

水平管内二氟乙烷两相流动摩擦压降实验研究

对制冷剂二氟乙烷(HFC-152a)在内径为8mm的水平管内进行了两相流动沸腾摩擦压降的实验测量.实验测量的压力范围为0.19—0.41MPa,热流密度范围为14—62kW/m2,流量范围为128—200kg/m2s.实验测量表明:HFC-152a的两相摩擦压降随质量流量、质量含气率的增大而增大;热流密度则对摩擦压降的直接影响很小,但通过影响两相流流型间接影响了摩擦压降;当流型由分层流动转变为半环状流或环状流时,总压降中加速压降所占比例有所减小,而摩擦压降所占比例则有所增大;摩擦压降随饱和压力的增大而减小.使用两个应用广泛的压降计算式进行了计算.实验测试结果与计算结果对比后发现,Friedel模型与实验结果偏差较大,而Müller-Steinhagen-Heck模型则与实验结果符合较好.     

多元时间序列复杂网络流型动力学分析

针对气液两相流流动特性,利用有限元分析方法设计变曲率对壁式电导传感器.采用设计加工的传感器在多相流装置上进行气液两相流动态实验,并测得多组对应于不同流型的电导波动信号. 基于测量数据,采用多元时间序列复杂网络构建算法构建对应于不同流型的复杂网络.在此基础上, 对网络的社团特性进行了分析, 研究发现,不同的社团结构对应于不同的流型,而社团内部网络特征可有效刻画不同流型内在动力学特性.多元时间序列复杂网络分析可为两相流流型演化动力学特性研究及流型识别提供新理论、开拓新途经.     

微通道内不混溶气液两相二氧化碳界面动力学行为的格子Boltzmann研究

将高精度的二氧化碳状态方程与气液两相流格子Boltzmann方法中的伪势模型耦合,研究微通道内二氧化碳气液两相流动的界面动力学行为,包括二氧化碳气泡和液滴的分裂、合并、变形,以及气液两相二氧化碳在演化过程中的质量交换.研究发现：当分裂和合并行为达到平衡,并且两相之间不发生质量交换时流动达到稳态.稳态时的流型主要依赖于表面张力,惯性力,管道的润湿性,以及初始体积分数.当表面张力较大时,微通道内形成的二氧化碳气泡或液滴会收缩成圆形,此时二氧化碳气泡或液滴会堵塞微通道,形成段塞流;随着表面张力的减小,形成的气泡或液滴不容易收缩,在微通道内更容易发生变形,出现泡状流或环状流.当壁面润湿性为强疏水性时,二氧化碳在微通道中的流动为环状流,其它润湿性下,流型为段塞流.体积分数较小时,二氧化碳两相流动的流型为段塞流,体积分数较大时,流型为环状流.     

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。     

表面活性剂对倾斜上升气液两相流流型的影响

应用电导断层测量技术研究表面活性剂添加对倾斜上升气液两相流流型的影响,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,当倾角较小时(2.5°和5°),添加少量纯度为95％的SDS到空气/水两相流系统,可以推迟了分层流型向环状流型的转换,使其发生在较高的气体流速条件下;与水平流动的实验结果类似,在本文的实验条件下没有观测到表面活性剂对塞状流型、弹状流型转换特性的影响。随着倾角的增大(10°),表面活性剂添加对气液两相流流型的影响更为显著,在空气/水气液两相流系统中没有观测到分层流动,而加入表面活性剂后在一定范围内存在分层流动。