部分重力条件下气液两相流型研究

本文分析了“和平号”空间站气液两相流实验中获得的部分重力(0.1g和0.014g)条件下的流型特征及其相互转换条件,并将其和常重力与微重力两相流研究中较常用的流型转换模型的预测结果进行了比较。     

气泡行为对旋流分离器分离效率的影响

首先运用高速摄像对气液旋流分离器内的气泡动力学行为及气核运移规律展开研究,并对摄取的图像进行处理。研究发现,气泡之间的聚并和破裂过程分别分为三个步骤。1)聚并过程：气泡碰撞,液膜挤压变形;液膜发生融合并向外排液;新气泡形态趋于稳定。2)破裂过程：气泡受力变形;受力处液膜发生凹陷直至破裂;新液膜的形成和封闭。其次,对旋流器锥段按照气泡直径分布和主要流型进行区域划分,共划分为3个区域,其中,Ⅰ分区为气泡的径向截面直径不超过3 mm的点、丝状气泡流、Ⅱ分区为细长颈气泡的径向截面直径不超过5 mm的液节流、Ⅲ分区主要流型为柱状气泡的径向截面直径大于5mm的环状流。Ⅱ分区相对Ⅰ分区气泡聚并和破裂频率更高。再次,通过研究气核相对位置与分离效率之间的关系,对旋流器分离性能进行了预测,预测误差小于3.5%。     

气泡传感器的研制

根据基本流体力学原理,利用气-水的重力差异、两相流现象和膨胀管路产生的湍流效应,设计并制作了结构简单、可靠性较好的高炉冷却壁微泄漏传感器.现场实验表明,该气泡传感器能对0.2~1.0 MPa、65℃以下的软冷却水管路的微量泄漏作出可靠的反应.     

摇摆对竖直管内气-水两相流流型的影响分析

本文分别在摇摆和非摇摆状态下,对竖直管内气-水两相流流型进行了实验研究.实验发现,摇摆状态下充分发展的两相流流型主要是泡状流、弹状流、搅混流和环状流.根据实验数据,分别绘出了两种状态下的气液两相流流型图.通过对比发现,摇摆对两相流流型之间的转换边界有明显影响,并分析了摇摆对流型转变影响的原因.     

气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的影响因素分析

用"准三维"数值模拟方法研究吹气发泡法制备泡沫铝的过程中,单个气泡在铝熔液搅拌流场中的运动与变形.液体流场采用多重参考系法进行三维模拟,对气泡运动的二维模拟则在三维流场中的一个通过搅拌轴的特征平面上进行.这样既能捕获气泡在搅拌流场中运动的基本特征,又能大大降低计算成本.应用VOF方法对气液两相之间的界面进行追踪.通过改变过程中的转速,气泡初始速度、位置和尺寸.以及表面张力和液体粘度,分析了这些因素对于气泡运动与变形的影响.     

气泡-液体闭式多股射流的大涡模拟研究

采用气泡-液体两相流动的欧拉-拉氏大涡模拟,研究了矩形通道内多股射流形成的气泡-液体两相湍流流动,得到了气液两相湍流瞬态结构,产生和发展过程。研究结果发现气泡和液体都有瞬态大涡结构,气泡脉动比液体的强。大涡模拟统计结果给出了有无气泡两种情况下的液体湍流脉动速度均方根值分布。瞬态和统计结果都表明,气泡增大了液体湍流,液体湍流来源于其自身的剪切产生和气泡的作用。这与二阶矩模型模拟结果定性一致。     

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。     

小通道气液两相流电容测量方法研究

本文设计了一套用于小通道气液两相流的电容测量系统,并对内径为1.6 mm、2.5 mm和3.6 mm的玻璃管气液两相流进行了实验研究.文中首先对电容方法在小通道下的应用做了探索性尝试,设计了用于小通道气液两相流的电容传感器;然后利用所设计的电容传感器对小通道气液两相流弹状流电容动态数据进行采集、处理和分析;最后利用相关原理对气弹速度的测量进行了研究.研究结果表明所提出的电容方法可用于小通道气液两相流的分析研究中,是一种有效的小通道气液两相流参数检测手段,并为小通道两相流检测的研究提供了一定的借鉴.     

不同管口浸没方式下气泡运动特性实验研究

为了对比研究不同管口浸没方式下气泡的运动特性,通过可视化实验揭示了顶部、侧部和底部三种管口浸没方式下的气泡上升运动过程,得到了气泡形状、等效直径、位移、速度以及高宽比的变化规律,通过获得相邻气泡质心间垂直距离定量表征了气泡在上升过程中的紊乱程度.研究结果表明,顶部管口浸没方式下的气泡形态明显区别于侧部和底部管口浸没方式...     

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.     

逆压梯度下层流分离泡转捩的大涡模拟

本文采用有限体积法,发展了适合复杂几何边界条件的可压缩流动大涡模拟程序,通过对槽道湍流的计算,验证了程序的可靠性。对低雷诺数、逆压梯度环境中的层流分离泡转捩现象进行了数值模拟,分析了其统计特性及大尺度相干结构的演化规律．初步的结果表明:大涡模拟可以很好地处理层流分离泡转捩问题,既能给出满意的统计平均结果,又可以通过相干结构的演化细致描述分离泡转捩的动力学过程。     

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。     

湍动雾化射流液雾粒径分布的数值模拟

对水在空气中湍动雾化射流的气液两相流场进行了数值模拟.其中,气体流场采用k-ε湍流模型进行模拟,给出了载气轴向速度的分布情况.对喷雾粒子的运动采用颗粒轨道法,建立粒子破碎和碰撞的数值模型,研究了液雾粒径在不同工况下沿轴向的变化趋势.数值模拟结果与实验结果在多种气液比下进行了比较,两者吻合较好.同时,分析了初始粒径和粒子总数及喷嘴尺寸对液雾粒径变化趋势的影响,讨论了有助于粒径均匀分布的条件.     

黏性液体中单个气泡上升的形状特性

采用基于Level Set方法的直接数值模拟技术对黏性液体中单个气泡的上升运动进行三维模拟.数值模拟采用拟单相流模型处理气泡内外的气液两相流动,应用Level Set方法捕捉运动气泡的变形.针对Eo数从O(0)～O(2),Mo数从O(-11)～O(2)的流动范围,重点研究了上升气泡的形状特性,并与经典的气泡形状图谱进行了比较.模拟结果表明,上升气泡的形状与无量纲参数(Eo、Mo和Re)密切相关.在高Re的扁椭球区域,数值发现了气泡形状的周期性振荡行为.     

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。     

单个汽泡周围的电场数值研究

为明晰电场对汽—液两相系统的效应,本文针对均匀电场作用下的汽液两相流中附着于壁面的单个汽泡,建立了数学模型,考虑了汽泡的存在对电场分布的影响。通过求解电场控制方程,得到了均匀电场作用下汽泡周围及其内部的电势及电场分布的数值解。这为进一步研究 EHD 作用下的两相系统中汽泡的行为,揭示 EHD强化沸腾换热机理奠定了基础。     

亚硫酸盐溶液中氧气泡吸收过程的实验研究

采用CCD对单个氧气泡在亚硫酸钠溶液中的吸收过程进行拍照,并用软件进行图像边界识别来研究单个纯氧气泡同亚硫酸钠溶液发生的强制氧化反应过程。实验结果表明反应速度与气泡半径有关。在动力学控制阶段,反应速率与气泡的半径成0阶关系;在扩散控制阶段,反应速率与气泡的半径成-1阶关系。     

湿法脱硫岛内气液两相流流动规律的研究

采用直接观察法、床层膨胀法和概率密度函数(PDF)法对湿法烟气脱硫塔内流型的形成和转变规律进行了研究和分析,认为湿法烟气脱硫塔内气液两相顺、逆流时,随着液气比的增大,会形成液柱式、喘动式和类鼓泡式流动等三种流型,并给出了判别三种流型的基本方法和准则,提出了气相雷诺数Reg-液气比L／g流型图,为湿法烟气脱硫塔传热传质规律的进一步研究及塔身的安全运行提供了基础依据。     

模拟研究推流式曝气池内横向水流对气泡生成的影响

应用限制项改进Level Set方法的容积守恒性.以改进的Level Set方法,结合ALE数值算法,三维模拟研究了推流式曝气池内横向水流对气泡生成的影响.模拟结果与文献中实验结果定性符合.数值结果显示,曝气池内横向水流对气泡的生成过程有重要的影响:气泡生成的尺寸和时间随着水流速度的增加而减小,随着曝气速度的增加而增加.该研究从流体动力学角度为提高活性污泥法处理效率提供了理论依据.     

二维NACA65叶型前缘几何形状对气动性能的影响

用实验方法研究了二维叶片前缘几何形状对气动性能和转捩的影响。实验是在低速叶栅风洞中完成的。考察了分别装有圆形和椭圆形前缘的一个NACA65叶型前缘附近的流动情况。给出了细致的叶片前缘和分离区内的压力分布情况。结果表明:前缘几何形状对前缘流动、分离和转捩及以后的附面层发展有很大的影响。