气液两相流体绕方柱流动的数值模拟

本文详细给出了气液两相流动双流体模型下的各控制方程组和相间作用力,通过将气泡引起的紊流与剪切引起的紊流线性叠加给出了气液两相流动的紊流模型。通过给出的边界条件,采用ＩＴＡ－ＩＰＳＡ算法对垂直上升的气液两相流横向冲刷方柱引起漩涡证替脱落的过程进行了数值模拟,得到了流场和局部含气率变化的示意图,数值模拟与试验的结果基本一致。     

气液爆轰波及冲击波传播的数值研究

采用高分辨率ＴＶＤ格式、ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式和二维轴对称气液两相方程组数值模拟了气液爆轰的发展过程及冲击波误减规律,计算结果与国内外研究结果符合良好。     

钻井气液两相流体溢流与分布特征研究

常规钻井返出管线敞口,钻井液在返出管线中流动为非满管流动,小气侵量时,泥浆池液面变化不明显,检测装置无法测量液面变化,钻井液返出流量无法测量或者测量误差较大,无法感知小流量差的变化。本文基于气液两相流理论建立了井筒气液两相流参数与井口溢流速度的关系模型,计算表明气侵速度越大,气泡运移距井口越近,井口溢流速度越大。并以空气和钻井液(非牛顿流体)为介质,基于VOF多相流模型,模拟了钻井液返出流量变化时气液界面变化情况,分析了纯钻井液和不同含气率钻井液在返出管线流动时液面变化特征,得出纯钻井液流动时喇叭口处液面变化最明显,优化液面检测装置安装在喇叭上,更能准确及时地检测液面变化早期发现溢流,进气速度影响返出管线钻井液液面稳定性。     

气液段塞流气弹区相界面结构理论研究

根据气液段塞流气弹区相界面结构特征将气弹分为气弹头、气弹体、水跃面和气弹尾四部分,并根据各自的流动和界面结构特征分别进行模化,建立了描述不同倾角的圆管内气液段塞流气弹区相界面结构的一维理论模型.该模型的计算结果表明气液混合Froude数、管道倾角和气弹长度显著影响气液段塞流气弹区相界面结构,计算与实验结果吻合良好.     

基于混沌吸引子形态特性的两相流流型分类方法研究

利用高灵敏度差压传感器，在垂直上升管中采集到了80组气液两相流差压波动信号.利用放置参考截面的方法，建立了描述混沌吸引子形态的一般方法，在此基础上，提出了不同维数下的吸引子形态特征量进行组合的气液两相流流型分类新方法.研究结果表明：该方法对包括复杂过渡流型在内的气液两相流流型有很好分类效果，预示着混沌吸引子形态描述是研究非线性时间序列的实用有效途径. 关键词： 气液两相流 流型分类 吸引子形态 混合维     

气液两相流速度及粒径分布激光干涉测量方法的研究

为了实现对气液两相流的粒子粒径、空间分布及其速度测量。对激光干涉气液两相流测量技术（ILIDS）进行了深入研究,该技术是一种应州于气液两相流测量的新技术,其主要优点是不干扰流场和颗粒粒径、位置测量精度高。基于该技术所开发的图像自动处理方法可以利用普通粒子成像测量技术系统拍摄气液两相流的激光散射干涉图像。并利用图像卷积定位、傅里叶变换频率分析及其图像互相关测速等图像处理手段从干涉图像中自动提取粒子的位置、直径和速度信息。为了验证该方法的测量精度,对喷嘴生成的气水两相流进行了测量实验,得到了喷嘴出口处不同区域的粒径、速度矢量的空间分布,并将测得的速度矢量与用粒子成像测量技术方法测得的结果进行对比,证明两种方法测量的平均速度差别仅为0．38％。     

矩形微通道中气–非牛顿流体两相流实验研究

本文通过实验研究了空气与非牛顿流体在小尺寸矩形微通道中的两相流动特性,给出了在不同气液两相流速下的流型图。同时比较了气液两相流速,液相黏度,表面张力,微通道尺寸对各流型分布区域以及Taylor气泡/液柱长度的影响。发现气液两相流流速变化对流型区域的影响极为明显,而黏性力和表面张力只是在局部范围改变了流型分布。Taylor气泡长度随气液两相流速比增大而增大,随液相黏度及表面张力增大而减小。液柱长度随液相黏度增大而增大,随两相流速比及表面张力增大而减小。最后,我们给出了基于无量纲数JG/JL,Re和Ca的Taylor气泡/液柱长度预测公式,公式预测结果与实验结果基本一致。     

气液爆轰波及冲击波传播的数值研究

采用高分辨率TVD格式、MacCormack格式和二维轴对称气液两相方程组数值模拟了气液爆轰的发展过程及冲击波衰减规律,计算结果与国内外研究结果符合良好。     

深水钻井井筒气液两相溢流特征及其识别方法

墨西哥湾发生的井喷表明深水溢流早期检测与可靠识别存在问题。对深水钻井过程地层气体侵入井筒后与非牛顿流体的钻井液形成的气液两相流型特征的研究，发现钻井液循环与非循环期间沿井筒流型分布差异大。钻井液循环期间发生气侵后在近钻头处多为泡状流，而在非循环期间多为段塞流。深水钻井气侵后当气体运移到隔水管时多呈段塞流型，地面溢出体积...     

移动网格与Level Set耦合方法在气-液两相流数值模拟中的应用

本文采用自适应移动网格与Level Set函数相耦合的方法来实现气-液两相流的数值模拟与计算.作为自适应网格方法的一种,移动网格方法主要是为了解决发展方程的计算问题而设计的方法.文中给出了移动网格的生成方程,并针对方程的非线性,给出了一种半隐式的离散方法用于进行求解.本文将移动网格方法与Level Set方法相耦合,将控制流体运动的Navier-Stokes方程以及追踪相界面的Level Set方程转换到曲线坐标下,应用一套曲线坐标方程组来同时描述气、液两相流的运动规律,成功实现了对气-液两相流问题的数值模拟.通过对顶盖驱动流的计算以及对液滴沉降现象的模拟计算,验证了本文方法的可靠性.本文对常重力与微重力下两气泡融合的发展规律进行了数值模拟,通过分析对比,得到了重力对两气泡融合变形的影响规律.     

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。     

一种新的气液两相流体流量计-三通管型分流分相式两相流体流量计

利用三通管的相分离特性,从被测气液两相流体中分流分离出一部分单相气体,通过测量这部分单相气体的流量计算被测气液两相流体的流量或干度.文中给出了这种分流分相式气液两相流体流量计的组成原理,分流系数特性及实验结果.     

NaOH对苯胺气液两相介质阻挡放电特性的影响

研究气液两相介质阻挡放电(DBD)的特性,对于深入理解其放电机理、促进其在环保等工业领域中应用具有重要意义。通过电压电流波形和Lissajous图形等电气特性诊断及发射光谱和发光图像等光学特性诊断,研究了液体成分对大气压气液两相DBD放电特性的影响。比较了苯胺和苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD放电特性,利用实验结果计算得到放电功率和传输电荷,并结合放电理论对放电机制进行了分析。结果表明,苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD,其放电特性与纯苯胺溶液有明显不同,相同电压下其放电电流约为纯苯胺溶液的两倍,其发光强度更强,放电功率和传输电荷更大,且在光谱特性图波长589nm处出现Na原子谱线,NaOH的加入增加了溶液的电导率,同时促进了气相放电强度,使得放电增强。     

高密度和高粘度比率下气液两相流动的数值模拟

本文在VOF方法的基础上,采用粗细两套网格对高密度和高粘度比率下的气液两相流动模拟进行了研究分析.在细网格中求解流体体积函数方程,在粗网格中采用交错网格求解动量方程和压力修正方程,通过粗细网格间的数据传递获得求解动量方程时需要的准确的界面密度和粘度及控制体密度,克服了高密度和高粘度比率下通过插值方法计算界面密度和粘度及控制体密度带来较大误差的困难,保证了质量和动量同时守恒.高密度和高粘度比率下气液两相流动中气液交界面处密度、速度和压力急剧变化,为了保证格式的有界性和稳定性,采用稳定的有界高阶组合格式STOIC.最后模拟了不同工况下气泡在液体中的运动,并通过实验和模拟结果验证了方法的可行性及准确性.     

基于非接触电导的气液两相流参数检测系统

研究了电容耦合式非接触电导检测技术(C~4D)应用于气液两相流测量的可行性,建立了一套基于非接触电导的毫米级气液两相流参数检测系统。利用所建立的系统,在内径为5 mm,9 mm的水平管上进行了气液两相流实验,获得了不同流型下的电导测量信号,并对段塞流、波状流、泡状流和环状流四种典型流型下的电导信号进行了分析与比较。研究结果表明,所建立的基于非接触电导的气液两相流参数检测系统是有效的,C~4D技术应用于气液两相流参数测量是可行的。不同流型下所获的电导信号特征均表现出明显差异,有望用于流型辨识。     

气液两相流电导波动信号复杂性测度分析及其流型表征

为了考察从时间序列提取的复杂性测度与气液两相流流型变化之间的关系，本文首先讨论了三种复杂性测度(Lempel-Ziv复杂性、功率谱熵和近似熵)对周期信号、随机信号、混合随机信号和混沌信号的识别能力，然后分析了时间序列长度对复杂性计算的影响.在此基础上，从实际测量的80种垂直上升管中气液两相流电导波动信号中提取了这三种复杂性测度，结果表明：三种复杂度对两相流流型变化是敏感的，通过对三种复杂度随两相流流动参数变化规律分析，可以得到气液两相流动力学结构反演特征，为揭示气液两相流流型转化机理提供了一种有效的辅助诊断工具. 关键词： 气液两相流 Lempel和Ziv复杂性 功率谱熵 近似熵     

油气两相流体纵掠水平螺旋扁管管束摩擦压降的实验研究

以汽油-压缩空气为介质,对气液两相流体纵掠螺距为200mm的螺旋扁管管束的摩擦压降进行了实验研究。讨论并分析了质量含气率、混合物质量流速对摩擦压降的影响。提出了两种预测两相摩擦压降的方法:全液相摩擦乘子、L-M关系式。     

基于水平集方法的低渗砂岩数字岩心气水两相渗流模拟

低渗致密砂岩气藏孔喉结构复杂,气水流动及分布规律表征难,常规岩心实验精细刻画困难。基于真实低渗砂岩岩心,利用Micro-CT扫描技术构建储层三维数字岩心,提取连通孔隙结构并建立非结构化四面体网格模型。结合水平集法与N-S方程,建立气水两相流数学模型并利用有限元方法进行求解,研究低渗砂岩气水两相流动中的水驱气过程、残余气分布特征、岩石润湿性对两相流的影响以及并联通道中的窜流特征。结果表明：利用水平集方法能清晰地观察到气水两相分布特征与驱替前缘的运移规律;岩石润湿性对两相流过程影响较大,水湿条件下采出程度更高;并联通道中的窜流现象明显,大通道中水相优先突破并形成优势流动通道,狭小通道中的流动受毛管现象影响,存在较大的附加阻力。     

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。     

气液两相瞬变流数值计算及试验研究

在气液两相流计算中,人们通常给出气泡在液体中均匀分布的,与工程实际不符的假设,致使计算与试验结果之间相差较大。两相瞬变流计算也常看作均质的单相流来处理．本文由试验求得不同空间系数与波逐关系曲线,取消了均匀分布假设,改进了特性曲线法以适用于非均质的两相流计算,并将计算值与试验值进行比较,结果表明两者吻合得较好。