水平管中段塞流的发展特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出发展特性.本文对段塞流单元中的液塞、长气泡的速度和长度以及长气泡的合并沿流动方向的特性进行了分析.结果表明:液塞速度分布符合正态分布,液塞与长气泡的平均速度在同一点是相等的,它们随离管道入口距离的增加而缓慢增加.液塞长度分布符合对数正态分布,液塞的平均长度基本保持不变,而长气泡的平均长度则增加.长气泡长度增加是因为气体膨胀的结果,气泡的合并率由液相折算速度和离管道入口的距离决定.     

水平管道段塞流液塞速度实验研究

本文在水平长环道上采用电导探针互相关测速技术实验研究了液塞速度,给出了液塞速度与气液混合速度的关联式。研究表明,在低Froude数和高Froude数时液塞速度分别对应不同的关联式。实验结果与文献报道比较表明,在低 Froude数区很好吻合;在高Froude数区,实验结果高于其他研究者的数据。分析表明,液塞速度不受尾波效应影响,主要受液塞和长气泡长度以及液塞含气率作用。在低Froude数区,上下游探针测量的液塞和长气泡长度以及液塞含气率差别较小,因此液塞速度关联式一致;在高Froude数区,液塞和长气泡平均长度以及液塞含气率沿管增大,因此上下游的关联式不一致。     

水平管液塞长度与频率的跟踪模型预测

采用电导探针在133 m长水平管道上对空气-水段塞流的液塞参数演化特征进行了实验研究,得到了液塞长度、频率统计分布沿管道的变化规律。实验观察到最小稳定液塞长度大约为15D,提出了新的长气泡尾流效应关联式。采用改进的跟踪模型研究了液塞长度等参数沿管演化过程,模型中采用了提出的尾流效应关联式,管道入口液塞长度随机变化。验证表明,模型较好预测出平均液塞长度、最大液塞长度、平均液塞频率等参数。     

水平管内气液两相流中单气泡形态特征实验研究

本文利用双平行探针技术和摄像方法对水平直管内气液两相流中单气泡的形态特征进行了实验研究。实验结果表明气泡头部和气泡体的形态特征取决于气液混合Fr数,而气泡的尾部特征还与气泡长度有关;气泡的头部结构特征决定气泡的移动特性,而气泡的尾部结构特征决定气泡向液塞区的充气特性:小气泡通过单纯水跃面的气泡尾部向液塞区弥散,而具有阶梯状尾部结构的气泡并不向随后的液塞区弥散小气泡,所以气泡尾部的结构特征的变化决定了弹状流与段塞流的转变。     

弹状流长气泡区液膜流动的连续波特性

应用高速数字摄像与图形分析技术,在水平管中对弹状流长气泡区液膜流动的连续波特征进行了实验研究,理论分析表明弹状流长气泡区的液膜流是传播速度等于长气泡平移速度的连续波,提出了液膜厚度的控制方程,对液膜厚度的计算结果与测量结果相符合。得到弹状流中存在连续波的重要结论,揭示了稳定弹状流具有波动特性的物理本质。     

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。     

水平管液塞区相分布特征研究

设计建造了研究段塞流中液塞卷吸气体的实验装置,采用双头电导探针测量了水平管内固定液塞区域的局部相分布。液塞区含气率的径向分布存在峰值,表明液塞区存在湍流剪切层。随着进入液塞距离增大,含气率峰值减小,峰值对应的径向位置升高。这说明湍流剪切层内的湍流程度减弱,剪切层厚度变大。提出了计算水平管液塞截面平均含气率的方法,发现随着进入液塞距离的增大,截面平均含气率首先迅速减小,然后逐渐趋于稳定。     

单液滴撞击倾斜液膜飞溅过程的耦合Level Set-VOF模拟

采用耦合水平集--体积分数法(CLSVOF)对液滴撞击倾斜表面液膜后液膜的形态演化及飞溅过程进行数值模拟, 并对液滴撞击液膜过程中形成的空气卷吸现象进行研究并探讨了撞击角对此的影响, 分析了液滴撞击后液体内部的压力和速度分布, 对液滴撞击倾斜表面液膜的飞溅过程进行讨论, 并与实验结果进行了对比, 验证了CLSVOF方法研究液滴撞击倾斜液膜的可行性. 结果表明, 液滴撞击倾斜液膜时前后两部分飞溅现象产生的机理不同, 前半部分飞溅是由于压差引起的颈部射流, 而后半部分则是由液膜径向流动产生的飞溅现象. 随着撞击角的增大, 空气卷吸气泡数量减少.     

高速气液两相流液膜卷吸夹带数值模拟研究

本文运用VOF模型对水平管内高速(v_g≈272 m/s,Ma≈0.8)气液两相二维流场进行了数值模拟,研究了高速气流作用下液膜卷吸夹带机理。结果表明,气液界面产生的扰动波是产生液膜卷吸夹带的主要原因,扰动波吸收波前、后液膜内液体并同时在轴向与径向方向发展,最后伸入气相场中的突起部分受到高速气流剪切力而脱离液膜进入气相。在高速气相场中,同时存在两种不同的夹带现象:大波独立沿轴向和径向发展最终断裂进入气相;小波先合并后再脱离液膜进入气相。卷吸夹带之后的区域出现液膜随机分布的特点。     

气泡破碎过程中液膜形变及卷曲特性研究

利用高速摄像方法实验研究了自由空间内悬挂气泡的破碎过程,分析了气泡破碎过程中半封闭曲面液膜整体形变的发生原因,探讨了曲面液膜破碎过程各个阶段的边缘液膜卷曲特性。研究结果表明,悬挂气泡排液过程导致的液膜厚度局部减薄,是造成气泡破碎初始阶段边缘液膜卷曲角速度增大的主要原因;在扰动波延迟阶段,边缘液膜卷曲角速度呈现逐渐降低的趋势;在膜液滴分离阶段,边缘液膜卷曲角速度基本维持不变,破碎液膜表面势能主要转化为膜液滴分离动能和边缘液膜切向/径向动能。     

两相流流型动力学特征多尺度递归定量分析

基于垂直上升管中测取的气液两相流电导波动信号,采用递归定量分析方法,从多尺度角度研究了气液两相流泡状流、段塞流及混状流三种典型流型的动力学运动特征.研究结果表明,低频泡状流及混状流在递归图表现为沿对角线方向比较发育的混沌递归线条纹理特征,表明了低频运动的泡状流及混状流具有较好的确定性运动行为,而随着泡状流及混状流运动频率增加,混沌递归特征变差,其运动特征逐渐向随机方向发展.对于段塞流,在混沌递归图上逐渐呈现间歇的矩形块纹理结构,且段塞流中液塞与气塞的间歇运动特征出现在高频段,而段塞流中的泡状流运动则出现在低频段上,且随着泡状流运动频率增加,泡状流逐渐失去确定性运动行为.表明了基于电导波动信号的多尺度非线性分析方法是理解与表征气液两相流动力学特性的有效途径. 关键词： 两相流 流动特性 多尺度分析 递归分析     

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     

无泵吸收制冷系统气泡泵的性能分析

根据两相流流型转换理论,推导出了气泡泵从弹状流向泡状流转变和从弹状流向块状流转变时液体流量、气体流量与管径的关系式;根据空气提升理论、能量平衡、质量平衡推导出了气泡泵的性能关系式。根据上述关系式,具体分析了爱因斯坦制冷循环工况下气泡泵的性能,分析结果表明,在弹状流下限、大的沉浸比时液体循环量较大。     

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.     

水平管段塞流持液率波动规律研究

以空气和水为工质,采用双平行电导探针,在水平多相流环道(d=50.00mm)中研究了段塞流持液率与压力波动的关系以及折算气速、折算液速变化对持液率的影响,并将持液率的试验值与预测模型进行了比较.结果表明:持液率波动能更真实地反映段塞流动特性,可以用来确定液塞频率;增加折算气速时,液塞持液率减小;增加折算液速时,持液率增大.