油-气-水三相管流管壁水润高度波动特性研究

定义了一个新的术语一管壁水润高度.在内径50 mm、长40 m的不锈钢水平环道内,利用环形电导探针研究了油-气-水三相管流管壁水润高度的变化规律,分析了折算气速、折算液速以及液相中入口体积含水率对平均管壁水润高度的影响.结果表明:管壁平均水润高度随折算气速的增加均呈指数衰减变化;随入口体积含水率的增大呈Boltman曲线的增长趋势;入口体积含水率Φ<50%、折算气速小于2.0 m/s时,随着折算液速的增大出现了水润高度的峰值.当入口体积含水率Φ≥50%时,水润高度随折算液速的线性增大(油水比为1:1)过渡到曲线递增变化.     

水平管内油气水三相流分流型阻力特性实验研究

对水平管内油气水三相流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究,水平管实验段由有机玻璃管制成,内径为40mm,所用的实验工质为:46#机械油,自来水和空气。油、气、水三相的折算速度范围分别为:0.05-0.51m／s、0.05-1.51m／s、0.02-50.6 m／s。按照气液界面总体特征将水平管内油气水三相流的流型分为泡状流、间歇流(段塞流和弹状流)、分层流及环状流。对各种典型流型下的摩擦阻力压降应用改进的Chisholm关系式及油水两相压降关系式进行分析,对Chisholm关系式中的参数C进行了重新定义。发现改进的Chisholm关系式能够较好地对管内油气水三相摩阻压降进行预测,因此改进Chisholm关系式可以作为摩擦压降计算的通用关系式。     

油气水三相流中的复杂相态及压力降研究

将水平管划分为三个测量段,以空气、水和高粘度油体为工质,研究了油气水三相流中由流动引起的液－液复杂相态及其所对应的三相流压力降。试验研究发现,油气水三相流在三个测量段中可由流动引起不同的液－液相态,致使对应于相同的油、气、水三相体积通量,三相流阻力损失存在多值性。对不同的液－液相态建立了与之适应的阻力损失计算模型,模型预测结果与试验结果吻合     

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。     

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.     

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.     

螺旋管内气液固三相流颗粒相分布规律

为了深入认识螺旋管多相流相分离现象,并为新型螺旋管除砂器设计提供指导,本文应用马尔文粒度仪,测量了螺旋管气水砂三相流底部水平段液膜中的颗粒浓度和粒度分布。研究表明:在泡状流和分层流条件下,螺旋管底部水平段可形成稳定的连续液膜流动;在宽广的气速范围内,液膜中的颗粒浓度分布规律均为内弯侧较低、外弯侧较高,说明螺旋管除砂器对于实际生产中流动工况的变化具有良好的适应性;泡状流中提高气速有利于分离;分层流中在中等气速条件下外弯侧颗粒浓度最大,中等气速是相分离的最佳操作工况。     

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。     

复合管道气液固三相流浆体水击压强和水击波速计算

浆体中的含气量对水击压强和波速产生重要的影响。提出了考虑含气量的浆体即气液固三相流浆体水击波速计算公式,分析了考虑气泡的存在对浆体水击波速的影响,对某一复合管道内气液固三相流浆体水击压强进行了计算.     

直接甲醇燃料电池阳极流道两相流动的拟沸腾模型(I)流动压力降的计算

本文分析了直接甲醇燃料电池阳极流道中存在的气液两相流动现象。通过与传统加热管中流动沸腾现象进行比拟,首次提出了“拟沸腾”的概念,建立了气液两相流压力降模型。基于在建的活化面积为100 cm2的DMFC极板的蛇行流场设计,计算了阳极流道的压力降,分析了各分压力降对总压降的影响。计算结果表明:对于小活化面积的电池,在小电流密度下运行时,流道中扩散层表面的“非活化点”处滞留的气泡核心对主流有较大的附加摩擦阻力作用。     

水平环道内油水气多相流动研究

为建立自主的多相流动数据库,在水平环道中进行了一系列水－气两相、油－气两相和油－水－气三相流动试验。本文测量了各相流动中由于摩擦而产生的压力损失,计算了压差梯度并作了比较;观察了各相流动中的流型;描述了各种流型的发生、发展和变化及其与流动介质的关系,并作了相互比较。     

Turbulent gas-dispersed flow in a pipe with sudden expansion: numerical simulation

A mathematical model was developed to simulate two-phase gas-dispersed flow moving through a pipe with axisymmetric sudden expansion. In the model, the two-fluid Euler approach was used. The model is based on solving Reynolds-averaged Navier — Stokes equations for a two-phase stream. In calculating the fluctuating characteristics of the dispersed phase, equations borrowed from the models by Simonin (1991), Zaichik et al. (1994), and Derevich (2002) were used. Results of a comparative analysis with previously reported experimental and numerical data on two-phase flows with separation past sudden expansion in a plane channel and in a pipe are given. This work was supported by the President of the Russian Federation through the Foundation for Young Candidates of Sciences under Grant MK-186.2007.8 and by the Russian Foundation for Basic Research (Grants Nos. 05-08-33586 and 06-08-00967).     

激波与层流/湍流边界层相互作用实验研究

在超声速风洞中,分别对层流和湍流来流条件下的边界层和斜激波(激波强度足以引起流动分离)相互干扰进行了实验研究,利用纳米粒子示踪平面激光散射(NPLS)技术获得了两种条件下流场的精细结构图像;利用粒子图像测速(PIV)技术获得了两种条件下流场的速度场和涡量场;综合运用NPLS结果和PIV结果对比分析了两种流动的瞬时流动结构和时间相关性,实验结果表明:层流边界层内的分离区呈现出狭长的条状,而湍流边界层内分离区呈现出较规则的椭圆;在入射激波上游距入射点较远的位置,层流边界层外围拟序结构会诱导出一系列压缩波系,进而汇聚成空间位置不稳定的诱导激波,而湍流边界层则是在入射激波上游较近的地方直接形成较强且稳定的诱导激波;在入射激波下游,层流边界层内的膨胀区域较小且急促,膨胀后产生的再附激波很弱,而湍流边界层内的膨胀区域较大,膨胀后产生的激波较强。     

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。     

不同重力条件下气/液两相流实验研究

利用俄罗斯“和平号”空间站进行了国际上首次长时间微重力（１０－５ｇ）条件下气／液两相流型实验,并利用实验装置旋转产生的低重力（０．１ｇ和 ０．０１４ｇ）条件进行了低重力对比实验．实验结果和现有模型进行了比较,并通过比较不同重力条件下气／两相流型的特征,得到了两个气／液两相流型非重力依赖性准则。     

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。     

柔性管内油水环状流流动结构数值模拟

海洋中柔性管道受到外界猛烈撞击,撞击物的不同会导致管道内流道结构发生不同的改变.为探寻流道结构变化对环状流动结构的影响规律,采用N-S方程和湍流模型描述流体运动,用VoF模型与CSF模型追踪油水界面,建立数值方程与分析模型,分析流道不同形式的结构变形、不同程度变形和不同流速下油水环状流在管内的湍动能和漩涡结构演变,及环状流流型的演变和压力场的演变.分析结果表明:凹陷变形程度越大,漩涡的强度及面积越大,V形变形影响远大于○形变形影响,环状流的流型发生改变时仍然保持着水相包裹油相的稳定状态,最大压缩区域的油水界面压强也随之增大,且增速变大.所得结论对研究油水环状流在柔性管道运输中的稳定性具有一定指导意义.      

弹体尾部轴对称干扰流场数值模拟

绕弹体的超声速气流与发动机喷流相互作用,在尾部形成复杂的干扰流场。本文用有限差分法求解全N-S方程,对这一复杂流场进行了数值模拟,得到了实验观察到的各种流场结构及其随喷口压力比的变化规律。外流M_∞=1.94,R_e∞=2.2×10⁵,喷流M_j=3.0,喷口压力比p_j/p_∞分别为1.03,0.527,0.15三种。差分算法为一种改进的Beam-Warming格式。计算底部压力和激波在喷流中心的反射位置与实验数据进行了比较,吻合较好。     

旋流排气管的一维非定常流动计算

动力机械装置中广泛存在着非定常旋流流动现象．本文根据质量、动量、能量和旋流动量矩守恒方程，建立了管内非定常旋流流动的一维计算模型，并应用特征线方法推导出了其数值计算格式，是管内非定常一维流动计算的扩展．应用于一台四缸涡轮增压柴油机旋流排气管的计算，通过与实测压力波的比较，表明计算模型有较好的计算精度．