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。     

气液两相流中旋涡诱发方柱和正三角柱振动时的脉动升力研究

垂直上升矩形截面管内的气液两相流横向冲刷水平布置的柱体时,一定条件下会在柱体后部产生旋涡交替脱落现象,使柱体在与来流垂直的方向上受到脉动升力的作用。本文以截面分别是方形、正三角形的柱体为例,研究了这种带锐缘的柱体在气液两相流中受到的脉动升力,得出了涡街的Strouhal数和柱体的脉动升力系数C'L随Re数和来流含气率。的变化情况。实验结果表明：在本文的实验范围内,方形柱体和正三角柱体的Strouhal数不随Re数变化,而在一定的含气率范围内,随着含气率的增大而增大;C'L也不随Re数而变化,而随着来流含气率的增大相减小而后很快增大。     

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-液两相流截面含气率试验研究和理论模型

１前言关于螺旋管内气－液两相截面含气率的预报是一个重要的课题。即使只考虑平均截面含气率,也有气液两相间的滑移、各相流速和气相沿流通截面的不均匀分布等影响因素。查阅有关文献［１,２］,对螺旋管内气－液两相截面含气率的研究还很不够。因此,本文重点从二方面进行了研究。首先借助快速关闭球阀法,得出三根不同螺旋管平均截面含气率的试验测定结果,考查了螺旋升角和螺旋直径对其产生的影响;其次,按不同流型,依据“分相动量模型”和“漂移流率模型”、得出计算螺旋管内主要流型平均截面含气率的经验关系式。本文研究对象：三…     

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。     

气液两相流中的声速研究

气液两相流在工业各领域中广泛存在,而声速是描述其声学性质的一个重要参数。本文从流体的体积弹性模量的定义出发,推导了气液两相流中的声速随含气率的变化关系式,即混合流体的Wood声速公式,将其声速的部分计算结果和其他作者的实验数据进行了比较,吻合良好。并通过COMSOL有限元模拟软件得到不同气体分布下圆管谐振腔最低阶模式的共振频率,间接数值模拟研究了含气率对声速的影响。模拟结果与理论计算结果一致,当气液两相流中含气率较低时,声速随含气率的增大急剧减小。本研究结果为确定声速与气液两相流中的含气率间的关系提供了参考依据。     

稳定分层二层流非湍流/湍流层无平均剪切密度界面处的湍流

采用湍流统计理论、谱分析和快速畸变理论研究稳定分层二层流非湍流/湍流层无平均剪切密度界面处的湍流.分别在密度界面厚度（h）可忽略和很薄两种情况下,推导出任意理查森数（Ri）Ri→∞时,湍流层中水平、垂直方向速度的欧拉频谱和水平、垂直方向均方根速度的积分表达式.在h可忽略情况下：（1）任意Ri,Ri→∞时,密度界面对大尺度涡的影响显著,而对小尺度涡几乎无影响;距离密度界面越近,湍流层中水平方向均方根速度增大而垂直方向均方根速度减小;（2）任意Ri且在无量纲频率较大时,密度界面处、湍流层中水平、垂直方向速度的欧拉频谱满足-5/3幂次律,但是,它们不收敛于同一直线,表明密度界面处部分湍流转化为内波.在h很薄的情况下：（1）在水平方向上密度界面对湍流无显著的影响;湍流层中垂直方向速度的欧拉频谱出现过渡区,不满足-5/3幂次律,其幂次律增大,表明湍流过渡区的能量减少,但是,密度界面对线性小尺度涡仍几乎无影响;（2）距离密度界面越远,密度界面厚度对湍流的影响减弱并且偏向于线性中尺度涡;当远离密度界面时,过渡区消失,表明考虑密度界面厚度后密度界面对湍流的影响范围有限;（3）密度界面处垂直方向速度的欧拉频谱的幂次律减小,表明密度界面处线性内波的能量向线性低频区集中;（4）随着密度界面厚度增加,密度界面处垂直方向速度的欧拉频谱在整个线性内波频域里等幅度减小,湍流层中垂直方向速度的欧拉频谱只在线性低频区域减小且减小的幅度随着频率增大而减小;密度界面对湍流层中水平、垂直方向均方根速度影响的垂向范围随Ri增大而减小.     

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。     

海洋湍流中光学成像相关问题研究

比较研究了海洋湍流与大气湍流中长曝光调制传递函数的差异,讨论了海洋湍流中短曝光调制传递函数(SEMTF)的适用性,并且详细研究了海洋湍流参数对系统分辨率的影响。研究表明:海洋湍流中温度起伏占主导地位比盐度起伏占主导地位时的成像质量更高,即包含更多原图像的高频细节。虽然用Fried短曝光理论研究SEMTF时在高频区存在缺陷,但随着透镜直径与空间相干长度之比以及光传输距离的增大,SEMTF在高频区的适用性增强。此外,随着海水功率谱温度与盐度的比率和海水温度方差耗散率的增大,海水单位质量湍流动能耗散率的减小,海洋湍流中光学系统的分辨率减小,即成像质量变差。     

气泡雾化喷嘴喷雾平均直径在下游流场中的分布

文利用激光衍射粒度仪对气泡雾化喷嘴下游流场进行了实验研究,主要分析了雾化颗粒直径随径向和轴向距离变化的趋势．由于喷嘴出口处气液两相流型和颗粒自身重量的影响,液雾颗粒沿径向呈现非轴对称分布;而液雾颗粒直径随着轴向距离的增加呈现先减小、后增大的趋势,颗粒直径的减小是大量气泡爆炸的结果,而后的增加则是由于颗粒之间的相互粘结造成的。     

Local characteristics of the upward bubbly flow in an annular channel

Results of experimental investigation of the bubbly gas-liquid flow in a vertical annular channel are presented. The average and pulsation shear stresses and distributions of local void fraction were measured by the electrochemical method on both channel walls. It is shown that with a rise of gas flow rate ratio the value of wall shear stress increases significantly, and this effect becomes higher at a decrease in superficial liquid velocity. A presence of the gas phase effects significantly shear stress on the inner wall. Relative intensity of shear stress pulsations increases similarly on both channel walls.     

小管径气液两相流空隙率波传播的多尺度相关性

空隙率波是气液两相流系统的特殊物理现象,理解空隙率波的传播特性对揭示两相流流型转变与流速测量物理机理具有重要意义.本文首先考察了典型非线性系统的多尺度互相关特性,发现去趋势互相关分析方法可有效揭示系统的多尺度非线性动力学特征;然后,通过采集垂直上升小管径气液两相流电导传感器阵列上下游空隙率波动数据,提出采用多尺度去趋势互相关分析方法探测空隙率波传播的多尺度互相关特性,并提取了低尺度空隙率波互相关水平增长率;另外,通过计算空隙率波空间衰减因子,考察了气液两相流空隙率波传播的结构不稳定行为.结果表明,空隙率波结构的多尺度互相关特性与其空间衰减特性具有较好的物理关联性:对于气液两相流过渡流型,低尺度空隙率波互相关水平增长率较高,且与较为稳定的空隙率波传播特性相对应;而当气液两相流空隙率波明显衰减或放大时,空隙率波互相关水平增长速率一般较低.     

黏弹性流体泡状流混合层流动的PIV实验研究

本文对注入气泡的黏弹性流体气液两相泡状流混合层流动进行实验研究,含气率为0.5%。与纯水气液两相流相似,气泡的注入也会削弱黏弹性流体中的涡结构,影响大涡的卷起。雷诺应力与涡量的分布规律类似,其峰值集中在混合层中心区域。注入气泡使混合层中心区域内的雷诺应力增大,峰值区域范围减小,添加聚合物的混合层中的雷诺应力峰值增大得更多。对涡量而言,注入气泡使峰值产生非常明显的减小,黏弹性流体的涡量所受的影响比纯水的要小。     

Heat and mass transfer characteristics during rapid solidification of Fe-Cu peritectic alloys

The viscose flow and microstructure formation of Fe-Cu peritectic alloy melts are investigated by analyzing the velocity and temperature fields during rapid solidification, which is verified by rapid quenching experiments. It is found that a large temperature gradient exists along the vertical direction of melt puddle, whereas there is no obvious temperature variation in the tangent direction of roller surface. After being sprayed from a nozzle, the alloy melt changes the magnitude and direction of its flow and velocity rapidly at a height of about 180 μm. The horizontal flow velocity increases rapidly, but the vertical flow velocity decreases sharply. A thermal boundary layer with 160–300 μm in height and a momentum boundary layer with 160–240 μm in thickness are formed at the bottom of melt puddle, and the Reynolds number Re is in the range of 870 to 1070 in the boundary layer. With the increase of Re number, the cooling rate increases linearly and the thickness of thermal boundary layer increases monotonically. The thickness of momentum boundary layer decreases slowly at first, then rises slightly and decreases sharply. If Re < 1024, the liquid flow has remarkable effects on the microstructure formation due to dominant momentum transfer. The separated liquid phase is likely to form a fiber-like microstructure. If Re>1024, the heat transfer becomes dominating and the liquid phase flow is suppressed, which results in the formation of fine and uniform equiaxed microstructures. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50121101 and 50395105)     

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。     

起伏管线中的多相流液弹发展特性研究

采用差压法对起伏管线中的多相流液弹长度进行了实验测量和分析,通过对实验数据的统计分析发现,液弹长度按正态分布规律分布,在上升段液弹长度比水平段液弹长度有所减小,而在下降段,液弹长度又会有所恢复。液弹长度的减小和增加会相应地造成液弹速度的增加和减小。     

压力陡降及容积加热条件下气—液两相系统瞬态分析

用一种解析与数值相结合的方法预测饱和液体在压力陡降及具有内热源条件下的瞬态响应。     

水平管道段塞流特征参数的压差波动分析

分析了压力波动信号互相关求液塞速度存在的不足，引入了压差波动分析法；明确了液塞到达和离开上、下游测压点的时刻与压差波动信号起峰点与落峰点位置的关系；指出了压差信弓脉冲宽度为液塞义到达上游测压点和液塞尾离开下游测压点的时间间隔，脉冲宽度与液塞速度的乘积为液塞长度与差压传感器间距之和．把空气－水、柴油和机械油的试验结果与文献中经验关系式进行了对比，验证了该测量方法的正确性．