油气水三相流段塞流不稳定周期轨道探寻

将临近点回归方法与自适应阈值法相结合, 对油气水三相流段塞流进行了不稳定周期轨道探寻分析, 发现乳状段塞流比水包油段塞流的低阶不稳定周期轨道周期更长. 水包油段塞流的低阶轨道由内部小循环到外部大循环的嵌套结构组成, 乳状段塞流的低阶轨道则由两个平滑的大循环嵌套而成. 结合时频域分析, 发现水包油段塞流的能量分布弥散、频谱范围较宽且频率成分复杂, 而乳状段塞流的能量分布较集中、高频成分较少, 证实水包油段塞流比乳状段塞流流动机理更为复杂, 且时频域分布与低阶不稳定周期轨道结构相对应. 关键词： 油气水三相流段塞流 不稳定周期轨道 自适应阈值 时频分布     

水平管道中段塞流的跟踪模拟

本文对以unit cell模型为基础建立起来的段塞流跟踪模型进行了改进。利用改进后的模型对水平管道中空气-水段塞流的压降、液塞平移速度、液塞长度等特征参数进行了模拟研究,并将模型预测结果与相应的试验结果进行了比较。结果表明,改进后的模型可以有效地预测以上各参数的演变规律。模拟和试验结果均表明,水平管道中段塞流的液塞平移速度符合正态分布,液塞长度符合对数正态分布。     

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.     

气液混输管线与立管系统严重段塞流数值研究

针对气液混输管线与立管系统严重段塞流问题, 采用严重段塞流形成条件一致的等效原则, 发展了一种将三维管道系统等效为二维管道系统的计算流体力学(CFD)数值模拟方法. 以文献中某下倾管与立管组合系统为对象, 结合其实验工况, 对严重段塞流气液流动过程进行了数值模拟, 获得了其周期、压力波动幅值及喷发时间等关键参数的变化规律, 数值模拟与文献所述实验结果符合. 在此基础上, 建立了立管入口气液折算速度、立管含气率以及立管出口平均速度的理论模型, 获得了这些关键参数随时间的变化规律, 并给出了确定立管内气液流型变化的理论方法, 理论结果与CFD数值模拟结果一致. 建立的CFD方法大幅缩减了严重段塞流数值模拟所需的时间和资源, 推导的理论模型揭示了严重段塞流特性参数之间的关联, 可以对严重段塞流所引发的危害进行快速评估及预测,具有一定的工程应用价值.     

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。     

严重段塞流压力及持液率周期特性模拟研究

本文采用简化严重段塞流节流模型数值模拟了不同出口阀门开度下管道入口压力和出口持液率等特性参数的周期规律。研究结果表明,在一定的阀门开度下,严重段塞流具有明显的周期性,压力波动较为明显,气液间歇流出。当管道出口阀门开度减小到一定程度后,管道入口压力波动减小,周期降低,管道出口气液由间歇流转为混合流动。本文数值模拟结果与实验结果进行了比较,管道入口压力峰值、压力波动、周期等参数吻合较好。     

方腔内电场强化固液相变传热

采用格子Boltzmann方法对方腔内介电相变材料的熔化过程进行数值模拟与分析,系统研究了电场力和浮升力耦合作用下固液相变传热过程的流体流动、电荷输运以及传热等基本特征,重点分析了电瑞利数T、斯蒂芬数Ste、离子迁移率M和普朗特数Pr等多个无量纲参数对固液相变传热过程的影响.研究表明,与浮升力驱动下的固液相变情况相比,...     

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.     

集输-上升管路系统严重段塞流实验研究

在模拟集输上升管路系统的实验装置上,研究了多种倾斜管角度下严重段塞流发生规律,给出了流型图。实验发现,倾斜管水平时仍会出现严重段塞流。流动参数分析表明,严重段塞流具有显著的周期性,压力大幅度振荡,气液间歇流出上升管,出口气体速度可能超过入口数十倍,对分离器造成剧烈冲击。研究发现,严重段塞流周期随气液流量增大而减小,并且符合幂律定律。     

多管式段塞流捕集器可视化试验研究

通过对多种结构的多管式段塞流捕集器可视化样饥的试验验证和修正,研究了降液管倾角、降液管窄缩器、分离储液管段斜率、双层结构不同进液方式、上层管段不同布设方式、排气汇管高度等结构对段塞流捕集器运行工况的影响,确定了不同于国外惯例做法的设计参数,形成了拥有自主知识产权、适用于实际工程的多管式捕集器设计计算方法。     

下倾-立管系统中严重段塞流现象的周期特性

本文在室内的模拟实验系统上对严重段塞流的周期特性进行了实验研究.通过对实验现象和立管底部的压力波动信号分析后发现,严重段塞流的周期主要取决于液塞形成和液塞流出阶段所经历的时间,与气相表观流速,液相表观流速、下倾管倾角等实验参数有关.通过下倾管中的气体在积累阶段质量守恒方程,得到严重段塞流周期计算模型.模型的预测结果与实验测得的周期相比偏小.在较大的气、液相表观流速下,严重段塞流周期计算模型的预测结果比较准确.     

水平管气液段塞流流量瞬变特性模拟研究

以Taitel 和Barnea(1998,1999)提出的段塞流跟踪模型为基础,进一步考虑加速压降的影响,建立了新的瞬态段塞流跟踪模型,并采用面向对象技术编制了数值模拟软件,实现了数值跟踪。计算结果与King等的段塞流气体流量瞬变实验数据对比表明,瞬态跟踪模型较好地预测了气体流量上升造成的段塞流压力“过升”现象,以及长液塞的出现;当气体流量下降时出现的压力“过降”现象和短暂分层流现象也由模型准确预测,分析认为,由于段塞流压降远高于分层流型,因此大部分液塞消失而出现的短暂分层流导致了压力过降。     

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     

螺旋扁管管内沸腾流动与传热特性研究

以空气、水为工作介质,通过两者在螺旋扁管管束中流量、压降、温度等的变化,研究气液两相流在螺旋扁管中沸腾的流动和传热特性。通过努塞尔数、传热系数等的变化,说明螺旋扁管换热器两相流动条件下的流动特点。在定液相质流量的条件下,沿程阻力随着质量含气率的增加呈现周期性变化。随着不凝性气体的逐渐增加,沿程阻力首先先上升,随后下降,接着又保持上升的趋势。将含气率范围扩展至10%左右,得到了相应热工参数随不凝气体的变化规律。对两相沸腾传热及流动特性相应关联准则数进行拟合,得出准则方超相对误差在10%之内。     

微通道内超临界二氧化碳的压降与传热特性

进行了微通道内超临界CO2的局部和平均传热与压降特性实验研究。结果表明,临界点附近物性参数的剧烈变 化使压降增大,但传热被大大强化。同时也发现,系统压力、质量流速及CO2温度对流动与传热特性有重要影响。在大 量实验数据的基础上,得出了冷却条件下水平微通道内超临界CO2强制对流换热关联式。     

扇形孔气膜冷却应用的综合特性

扇形孔气膜冷却是为避免圆孔气膜冷却吹离而产生的,然而这两种孔在实际叶栅运用中的特性往往受到叶栅流动以及各种参数的影响而显得极为复杂。本文首先探讨平板扇形孔在不同密度比、吹风比下的特性,得到扇形孔的流动和传热特性以及各参数对其的影响。然后结合扇形孔在叶栅上的应用,研究了压力面和吸力面不同的流动特性对于扇形孔应用的影响,以及在叶栅冷却中冷气参数对扇形孔的综合影响。     

段塞流液塞频率的波动特性

段塞流的实际物理过程是复杂的随机过程,液塞频率也仅是以周期性来近似模拟段塞流的间歇性.本文对段塞流液塞频率的波动特性进行了深入研究.结果表明:随着折算气速的增加,液塞频率先减小然后增大,在折算气速增大的过程中液塞频率存在一个极小值.随着折算液速的增加,液塞频率急剧增大,折算液速是影响液塞频率的主要因素.在下倾管中,在折算气速相同的情况下,液塞频率是随下倾角的增大而降低的.这是因为随着下倾角的增大,重力作用增强,液塞消散增强.在上倾管中,在折算气速相同的情况下,液塞频率也随上倾角的增大而降低.     

充液率对小型重力热管传热特性影响实验研究

开展了矩形槽道铝-乙醇小型重力热管的传热特性的实验研究,分析讨论了充液率对壁面温度分布、气液两相分布、热阻等热管传热性能的影响。研究表明,充液率对高热负荷工况的两相流动状态和传热特性有显著影响。两相脉动是高热负荷工况小型重力热管特有的两相流动现象.低充液率时,液塞易被气流冲破形成环状流,壁面温度几乎无波动。中等充液率时,在蒸汽和液塞的交替冲刷作用下,热管各段壁面温度均表现出脉动特性。高充液率时,液塞脉动速度的减小削弱了液塞对壁面的冲刷作用,壁面温度未出现明显波动.并且,中等充液率工况下气液两相的快速脉动增强了热管的传热性能,使得均温性和传热极限均优于低充液率和高充液率的情况.     

喷雾冷却相变传热的建模与模拟计算

喷雾冷却是一种高效的热控技术,为了探索形成完善的喷雾冷却技术设计流程,文章开展了喷雾冷却传热过程的建模研究.针对喷雾冷却传热过程的模拟计算,基于喷雾冷却相变传热的4个传热机制:液膜对流传热、池沸腾传热、二次气泡沸腾传热、二次气泡高频化机制,利用Monte Carlo方法描述了不同粒径与速率分布的液滴撞击液膜并生成二次气...     

严重段塞流立管压差信号的周期特性分析

本文对集输-立管系统中低气液流速下的气液两相流动特性进行了研究,结合概率密度函数(PDF)和功率谱密度分布(PSD)方法获得了气液流速对严重段塞流周期特性的影响规律.其中第一类严重段塞流立管压差信号的PDF与PSD分布均呈明显的单峰结构,PDF峰值为液塞流出时间在整个段塞周期内的占比,PSD主峰频率的倒数为压差波动信号的周期.分析发现表观液速一定,表观气速的增加会导致整个段塞周期与液塞流出时间占比的迅速减小;而表观气速不变表观液速的增加只会减小段塞周期,不会对液塞流出时间的占比产生较大影响.