动载下水平管内气水两相流流动特性

本文概要介绍了两流体模型及其控制方程,以及自主搭建的动载气水两相流系统实验台.利用气水两相流系统实验台旋转产生的动载条件进行了动载条件下气水两相流动实验,实时测量了空气和水的流量及试验段的压差,并在线测量了气水两相流动窄隙率.结果表明,过载对两相流动特性尤其足流量、压力和压降有显著影响.该研究结果在某种程度上有助于将两相流研究从自然状态扩展到载荷作用状态,同时为动载下气水两相流流动和传热的数值分析和理论研究打下一定基础.     

集输立管内非稳定流压差波动特性实验研究

实验研究了集输-立管系统内空气水的两相流动,将其流动结构分为稳定和非稳定两大类流型并建立宽广流速范围内的流型图;揭示了非稳定流动中不规则流型流动特性及其形成机理;集输-立管系统内液相的逐渐积累是不稳定阶段建立的关键因素,多次喷发导致系统内液量的大量减少,在低折算液速下不能及时弥补减少量是稳定阶段建立的主要因素。实验发现,中高折算速度条件下,立管整体压差波动幅度与水平管段压差波动幅度均随折算速度的增大先增大后减小;而在低折算速度条件下,则表现为单调递减的变化规律;并建立了各自相应的压差波动特性等高线图。     

集输-S型立管内气液两相流流型的PSD特征

在集输-S型柔性立管系统中实验研究了空气-水两相流的流型,研究了不同流型下立管段压差波动信号的频域特征,分析了压差波动信号的功率谱特性(PSD)。结果表明,随着流型由严重段塞流向稳定流动的转变,立管压差波动信号的能量值逐渐降低,能量值的频率范围逐渐升高。不同流型的功率谱能量值及主峰所在频率存在很大差别,压差信号的功率谱密度函数可作为识别S型柔性立管系统中流型的有效手段。     

基于压差信号融合特征的集输立管流型识别研究

集输立管系统内流型的快速准确识别是及时有效执行消除严重段塞流发生控制动作的前提条件,也是海洋油气集输系统安全平稳运行的重要保障。本文通过采用集输立管系统管线沿程四组双压差信号的融合特征,研究了不同位置压差信号融合特征作为流型识别输入信号的识别效果,得到了不同压差信号位置及其融合方式对集输立管内流型识别的影响规律,发现压差信号的融合特征能够显著改善流型识别的实时性与准确率。     

空气水两相流压力波动现象非线性分析

确定性混沌理论能够深刻揭示气液两相流压力波动的非线性特征。本文研究了确定性混沌不变量－分维数、关联维数、Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ 熵在不同流型的变化以及折算液速的影响规律。实验结果表明压力波动的混沌特性与流型有关,分维数除了在高气速的环状流,在其它流型内都小于１．５,折算液速的大小强烈影响压力波动的混沌特性。     

垂直管内油水两相流局部相分布特性实验研究

应用双头电导探针测量系统,对垂直上升管内油水两相分散流局部相分布特性进行了系统测量。得到了油水两相分散流的局部含油率分布类型图。研究结果表明低折算水速和低折算油速条件下,局部含油率在实验段截面上呈抛物线型局部分布特征,局部最大值出现在实验段中心区域。随折算油速增大,油滴受到横向力如升力的作用,逐渐向实验段壁面区域迁移,形成局部含油率的壁面峰值分布特性。当折算水速大于0．8 m／s时,局部含油率在实验段截面上呈均匀分布。     

气水两相流多传感器信息提取与流动状态监测

气水两相流流动状态复杂多变,其流动过程的准确描述有助于两相流问题的深入研究与实际生产过程的安全运行。为实现气水两相流流动状态的识别与监测,采用局部费舍尔判别分析方法提取气水两相流多传感器数据的特征信息,最大程度地区分不同流动状态间的差异。通过构建流动状态判别矩阵计算判别函数,实现流动状态的准确识别及过渡流动过程的有效监测。     

基于滑速比的气水两相流气相流量计算方法研究

目前对气水两相流的分相流量的研究中,多是针对两相流总流量和液相分相流量进行,对气相分相流量的研究很少.本文利用文丘里管和含气率传感器对空气水两相流气相流量计算方法进行了研究,在均相流模型基础上考虑了滑速比因素造成的影响,探讨了两相流气相流量计算方法.结果表明,该方法相对于传统的均相流模型在计算精度上得到了显著提高.     

并联直流蒸发管内两相流密度波不稳定性研究

首先用Khabenskii方法预测了并联蒸发管内的两相流动不稳定边界,发现当出口为过热蒸汽时Khabenskii方法预测值与实验值有较大偏差,最高达80%。然后采用RELAP5/MOD3.4程序模拟垂直并联蒸发管道的流动工况,得到的流量脉动特性与实验值能较好地吻合,同时其预报的两相流不稳定边界也与实验结果很好吻合,误差在25%以内.最后用RELAP5/MOD3.4程序分析了质量流速、入口阻力、出口阻力、入口过冷度、入口压力等因素对并联直流蒸发管内两相流动不稳定性的影响。     

集输立管内流型分类及流型控制实验研究

根据归一化压差及出口相含率信号特征规律对集输-立管内所发生的流型进行了判别及分类,将流型划分为典型严重段塞流(SS1)、第二类严重段塞流(SS2)、第三类严重段塞流(SS3)、震荡流型(OSC)及稳定流型(STB),并对所观察到的典型严重段塞流(SS1)进行了手动节流、基于立管底部压力的PID控制及基于立管压差的PID控制调节。通过对比消除典型严重段塞流后立管底部压力、立管压差、入口流量波动及调节阀平均开度等参数对三种控制策略的控制效果进行评价得出结论:基于立管压差的PID控制调节效果最好,基于立管底部压力的PID自动控制次之,手动节流控制严重段塞流效果最差。     

油气水多相流压力和压差信号特征分析与流型在线识别

在宽广的实验参数范围内测量了水平管内油气水多相流动时压力和压差信号，对信号的时域、频域、小波尺度域、分形等特征进行了提取与分析；建立了流型的规则识别和模式识别的融合方法。经过实验测试，该方法可以识别出泡状流、分层流、间歇流和环状流，流型识别率高于９０％．     

振动对水平管内液氢两相流影响的数值模拟

液氢加注过程中,管路的振动会影响液氢加注的安全性与效率。为了研究低温管路振动对液氢加注过程的影响,从而使得加注过程快速安全进行,建立了液氢管路的三维模型,采用流体体积函数(VOF)耦合水平集(Level-Set)方法,针对不同管路振动频率及振幅条件,模拟并分析了管内液氢两相流的流动及传热特性。研究结果表明,管路振动在频率和振幅较大时增强了液氢与管路之间的换热,使得管内气泡增多;管内的压降随着振幅频率的增加而增大,管路的振动破坏了管内液氢气液两相流的稳定边界,并且促进了气泡的分离与聚合,进而影响了低温输运管路的稳定性。通过数值模拟为液氢的加注提供了理论指导。     

扁平多分支管内两相流流量分配的数值模拟

利用FLUENT软件,对一水平矩形扁平多分支管内,氮气和水为工质的气液两相流流量分配问题进行了数值模拟,并与实验数据进行了对比.数值模拟计算分析了相间曳力作用模型、气液进口条件、壁面粗糙度、离散相直径、结构参数对两相流流量分配的影响,指出为了提高模拟计算准确度,需要改进和完善现有模型.     

方管内气液两相流界面波统计特性分析

以空气、水为工质，利用电导探针测量技术结合统计分析理论研究了水平矩形管内气液两相流界面波特性．首先对管内气液两相流的界面波进行了分类和定义；其次研究了气液两相流界面波在幅域、时域和频域的统计特性，同时考察了界面波特性参数（波速、频率和波高）等随气液两相流量的变化规律．     

垂直U形管内气液两相流诱导振动模拟

采用ADINA数值方法研究了垂直U形管内气液两相流诱导振动的位移响应和脉动激振力特性,然后考察了雷诺数Re和体积含气率β对激振力的影响规律。结果表明:气液两相内流诱导振动以面内振动为主,表现为两相流诱发激振力的主频与管结构某阶固有频率相近时的共振现象;激振力的脉动特性表现为低β时的窄频带随机波动和高β时的周期性波动;固定β时,激振力的均方根值F~(RMS)随Re的增大而增大,增大速率逐渐增加;同一Re下,F~(RMS)先随β的增大而增加,在β=55%左右时达到最大,之后逐渐降低,最大值出现在泡状流向搅拌流的转变过渡区。     

并联管内两相流密度波脉动线性均相模型

两相流不稳定性理论分析方法可以分为两大类:一类是数值解析法,另一类是近似分析法。数值分析法已经有很多学者进行了大量研究,而近似分析法研究相对少一些。本文提出了描述并联沸腾管内两相流密度波型脉动的线性均相模型。根据线性均相模型运用系统控制原理的方法导出了描述系统稳定性的无因次参数ε。运用参数ε判断系统的稳定性,计算值和实验值基本吻合。     

垂直下降管内两相流摩擦压降计算关联式评价

对内径范围为15 mm到65 mm的垂直下降管内的空气-水两相流的摩擦压降进行了实验研究。实验在常温下进行,实验压力为0.168~0.278 MPa,液相与气相的折算速度分别为0.127~2.349 m·s~(-1)和0.013~15.401 m·s~(-1),得到了1112个不同工况条件下的垂直下降管内两相流摩擦压降的实验数据点,并以本次实验数据为基础对现有文献中的两相流摩擦压降计算关联式进行了评价。研究发现:现有两相流摩擦压降关联式对本实验条件下的垂直下降管内两相流摩擦压降的计算精度随管径的增加而降低,且在弹状流与搅拌流条件下的计算值远小于实验值。