锥形轴对称微管道内流动特性实验研究

介绍了生物转基因显微注射的应用和存在的问题。针对显微注射所用的锥形轴对称微管道，进行了流动过程理论分析，并在微流动实验平台上对这种管道内流动进行了流量与压力特性参数的连续观测实验，详尽介绍了实验装置和实验过程，并给出了尖端直径为4～15μm的锥形管道流动实验结果。     

稀相气固两相流90°圆截面弯管流动特性

针对工业中常见的圆截面90°弯管中的稀相气固两相流的流动特征难于观测,以及由此造成的对其流动特性缺乏认识的问题,以天津大学的气固装置具备的实验条件为基础,以压力测量值作为模型有效性的评价依据,建立了适用于圆截面管道的计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模型.针对FLUENT中通过定义反射系数设置颗粒-壁面碰撞关系不能反映实际过程的问题,建立了考虑颗粒与壁面接触过程中的不同运动状态的颗粒-壁面碰撞模型,并引入计算.以此为基础,对不同固气质量比、流量和管道曲率情况下的流动特性进行了研究.发现:两相流体在流经90°弯管后,速度分布的恢复长度与固气质量比、管道曲率半径等有密切关系,曲率半径为2的管道整体压损最小,过小或过大均会导致较大压损,与Mason弯管磨损试验的结论规律相近.     

复合推进剂的冲击波起爆和爆轰过程研究

本文应用拉氏量计和拉氏分析技术研究了,两种常用的复合推进剂(聚硫和丁羟复合推进剂)的冲击波起爆和爆轰过程。在冲击波起爆过程中,压力等参量出现双峰现象,化学反应由三个阶段完成。在爆轰过程中,反应区宽度5mm以上,属于非理想爆轰过程。最后基于组分实验结果,进一步分析了复合推进剂,在冲击波作用下的化学反应过程,结果表明,双峰现象和多反应阶段的出现是由于高氯酸铵和粘合剂之间的相互作用的结果。     

基于微流体装置的微血管网内红细胞流动和分布特性的研究

实体肿瘤血管具有扩张、扭曲、不规则分支以及分支间连接絮乱等特征. 为了考察这些特征对血液流动的影响,将肿瘤血管简化为垂直相互贯通的微血管网,借助微流体实验装置,以一定浓度的红细胞悬液作为流动介质,研究红细胞在微血管网中的流动和分布特性. 具体实验方案如下:首先,采用软刻蚀技术,在聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）上加工出微血管网;然后,采用微注射泵控制微血管网入口处的红细胞悬液流量,使用倒置显微镜和高速摄影系统观察并记录实验过程;最后,通过Matlab 软件包Piv-lab 及高速摄影配套软件对获得的视频图像进行处理,提取红细胞在微血管网中的流动和分布数据. 数据处理结果显示,红细胞在微血管网中的流动和分布特性受悬液内的红细胞压积（hematocit, Hct）的影响. 红细胞随悬液Hct 的不同呈现2 种运动轨迹:一种为仅沿着轴向微管道流动;另一种是从轴向微管道流入并穿过径向微管道,再进入另一侧的轴向微管道. 另外,入口流量相同时,红细胞在微血管网中的流动速度随Hct 变化呈现不同,Hct 为3% 和5% 的红细胞速度要明显高于Hct 为1% 的红细胞速度.      

非极性小分子有机液体在微管道中的流量特性

用去离子水及有机液体在内径约为25μm的石英圆管内进行了流量特性实验．液体分子量范围为18~160,动力黏性系数的范围为0.5~1mPa·s.实验雷诺数范围为Re＜8．所用有机液体为:四氯化碳、乙基苯及环己烷都是非极性液体,其分子结构尺度小于1nm．实验结果表明,在定常层流条件下,圆管内的液体流量与两端压力差成正比,其压力－流量关系仍符合经典的Hagen－Poiseuille流动．这说明非极性小分子有机液体在本实验所用微米尺度管道中其流动规律仍符合连续介质假设．鉴于微尺度流动实验的特殊性,文中还介绍了微流动实验装置,分析了微尺度流动测量误差来源及提高测量精度的措施．     

基于微流体装置的微血管网内红细胞流动和分布特性的研究简

实体肿瘤血管具有扩张、扭曲、不规则分支以及分支间连接絮乱等特征. 为了考察这些特征对血液流动的影响,将肿瘤血管简化为垂直相互贯通的微血管网,借助微流体实验装置,以一定浓度的红细胞悬液作为流动介质,研究红细胞在微血管网中的流动和分布特性. 具体实验方案如下：首先,采用软刻蚀技术,在聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）上加工出微血管网;然后,采用微注射泵控制微血管网入口处的红细胞悬液流量,使用倒置显微镜和高速摄影系统观察并记录实验过程;最后,通过Matlab 软件包Piv-lab 及高速摄影配套软件对获得的视频图像进行处理,提取红细胞在微血管网中的流动和分布数据. 数据处理结果显示,红细胞在微血管网中的流动和分布特性受悬液内的红细胞压积（hematocit, Hct）的影响. 红细胞随悬液Hct 的不同呈现2 种运动轨迹：一种为仅沿着轴向微管道流动;另一种是从轴向微管道流入并穿过径向微管道,再进入另一侧的轴向微管道. 另外,入口流量相同时,红细胞在微血管网中的流动速度随Hct 变化呈现不同,Hct 为3% 和5% 的红细胞速度要明显高于Hct 为1% 的红细胞速度.     

基于水力瞬变与扩展卡尔曼滤波的管道流体监测与泄漏定位

引入一种长输管道流体监测与泄漏定位的新方法,将管道流动的瞬变流模型转化为状态空间模型的描述,以管线沿程流量、压强水头为状态变量,管道进口流量和出口压力视做非线性动态系统的控制输入,出口流量和进口压力观测序列构成系统的测量向量。基于小信号原理首先线性化处理非线性模型,然后用扩展的卡尔曼滤波器结合传统的双曲方程特征线解法估计泄漏尺寸与位置,并实时模拟出管道流体的压力流量过程及其沿管道的分布。试验和仿真算例表明此法模拟的管道流动状态能较快收敛到稳定状态,并且泄漏尺寸估计与定位的结果与给定值比较吻合。因此引入扩展的卡尔曼滤波能够提高瞬变流模拟管道非定常流动的准确性和跟踪能力。     

水平管道气固两相分层流动过程的研究

以空气作为输送动力、粉煤灰及玻璃微珠作为输送物料,对气力输送管道中气固两相流的流动特性进行了系统的试验研究.对管路系统的特性、操作条件、物料和气体的性质等影响气固两相流压力损失的主要因素进行了探讨.并在实验的基础上对两相流动的沉积速度、经济速度进行了确定.同时在对粉体受力分析的基础上建立了分层流动的物理及数学模型,通过对比数学模型计算值与试验值得出该数学模型具有一定的计算精度,能够用于指导分层流动的研究及应用.     

一种新的长输管道泄漏点定位方法

将压力梯度法与逆瞬态法结合,提出了适合长输管道的泄漏点定位方法. 该方法将泄漏点前后的摩阻系数以及泄漏流量系数看作优化控制变量、水击方程的数值计算结果与测量值之差的绝对值作为控制目标,利用遗传算法优选泄漏点前后的摩阻系数,与压力梯度法结合不断迭代求解泄漏点的位置. 通过输水管道的泄漏实验得到该方法漏点定位的平均误差为4%左右.      

软弱结构面表面形态与充填度的力学特性研究

将压力梯度法与逆瞬态法结合,提出了适合长输管道的泄漏点定位方法. 该方法将泄漏 点前后的摩阻系数以及泄漏流量系数看作优化控制变量、水击方程的数值计算结果与测量值 之差的绝对值作为控制目标,利用遗传算法优选泄漏点前后的摩阻系数,与压力梯度法结合 不断迭代求解泄漏点的位置. 通过输水管道的泄漏实验得到该方法漏点定位的平均误差为 4%左右.     

DCD格式在破碎发射药床两相流内弹道计算中的应用

利用DCD(dispersion controlled dissipative scheme)格式,提出了一种研究发射装药发射安全性问题的两相流内弹道计算方法。将内弹道气固两相流动力学方程组中与压力有关的项进行变形,实现了用同一种格式对气相和固相统一处理,而无须分别对待,采用DCD格式无须数值粘性和人工滤波,提高了计算精度。实例计算了某榴弹内弹道两相流动力学,计算结果与实验结果吻合较好。把破碎发射药床视为混合装药结构,用DCD格式计算了发射药床不同破碎程度对发射安全性的影响。计算结果表现出了通常计算方法难以反映的破碎发射药床内弹道压力极为剧烈的变化过程和极高的危险膛压。 更多还原     

考虑活塞回复的侧向后喷武器两相流数值模拟

为研究活塞回复运动对火药燃气流动的影响,基于两相流理论对活塞控制侧向后喷武器的发射过程进行了数值模拟研究。考虑控制侧向后喷通道开闭的活塞-弹簧系统的往复运动,建立了结合膛内气固两相流、活塞腔内流固耦合和侧向排气管内气体瞬态流动的武器发射过程数学模型,并将数值模拟结果与相关文献进行了比较验证。得到了该武器发射过程中膛内流场分布与稀疏波传播特性,并与普通武器的膛内流场进行了对比分析。进一步研究了活塞回复运动对火药燃气流动和减后坐效率的影响。结果表明:相对于不考虑活塞的回复运动,在弹丸初速都降低1.52%的情况下,因为活塞回复关闭后喷通道,其减后坐效率由38.86%下降到32.88%,说明在此类武器研究中,不可忽视活塞回复运动。     

Simulation of the transient condensation process in steam pipes during start up of a steam power plant

This paper introduces a model predicting the unsteady conditions in vertical pipes of a steam power station during start up of the plant. Knowing the time depending variation in the rate of condensation in the pipe is helpful for optimizing the design of the drainage system, which removes the condensate collected from the pipes. At present this system is designed on the basis of the total amount of condensate produced in a particular pipe during start up of the power plant. The model presented will provide a design based on the true maximum flow rate during said period. The paper describes the mass and energy balances for the gas and the condensate as well as the energy balance for the wall. All equations are transformed into a set of differential and algebraic equations and solved at once. The model was subsequently applied on genuine industrial scenarios. The results obtained from the model are discussed in detail and compared with experimental data. In all situations considered, the maximum condensate flow rate calculated was less than 50% of the estimated value using standard design methods.     

Resistance of a circular pipe with pulsatory variation of the flow rate

The results of an experimental investigation of the hydraulic resistance of a circular pipe for turbulent flow with periodic flow rate fluctuations are presented. The presence of resonance phenomena in the pipe is revealed. It is established that, for hydrodynamic nonstationarity, the pipe resistance is a nonmonotonous function of the frequency of the imposed flow rate fluctuations and differs from the pipe resistance in the stationary flow regime. Under the conditions considered, to find the pipe resistance it is necessary to take into account the variation of the flow kinetic energy with respect to the phase of the imposed flow rate fluctuations due to the deformation of the velocity profile.     

AERODYNAMICALLY GENERATED ACOUSTIC RESONANCE IN A PIPE WITH ANNULAR FLOW RESTRICTORS

An experimental study of the coupling between fluid dynamic instabilities and an acoustic field is performed for the case of a pipe with annular flow restrictors, representing a segmented solid propellant booster. As long as the distance between the restrictors remains smaller than the length of the flow recovery region behind the upstream restrictor, the fluid flow can amplify the acoustic pereturbations at the frequencies of the acoustic modes, leading to strong resonance for specific flow velocity ranges. A physical explanation is proposed, linking the amplification of the acoustic perturbation to the phase and frequency of vortex shedding from the restrictors. An approximate semi-empirical correlation is developed for the critical Strouhal number of the phenomenon as a function of the restrictor size and other problem parameters.     

水轮机尾水管内流的PIV测试试验研究

在水力机械的内流研究中由于缺少试验数据,使得在采用内流数值CFD分析中内流预测准确性的评价受到制约。本文结合混流式水轮机模型的实验,将2D-PIV测试手段成功应用于4H尾水管内流的测试中,确定了测试方法与方案,制做了测试用4H尾水管,对锥管、肘管出口及扩散管进出口位置上开设的测试窗口进行测试,得到最优工况下这些位置上瞬态速度测试数据,经过时均处理,给出了运行工况下不同测试位置上内流流动的速度、涡量及流线分布,为尾水管CFD优化分析提供了试验结果。试验结果表明,PIV测试方法能够清楚的测试出尾水管内不同位置的流动特征,是目前水力机械内流稳定性研究的一种有效实验方法。     

Experimental Investigation of Transitional Flow in Porous Media with Usage of a Pore Doublet Model

The transition from laminar to turbulent flow in porous media is studied with a new method. To mimic interconnected pores, a simplified geometry consisting of a pipe with a relatively large diameter that is split into two parallel pipes with different diameters is studied. This is a pore-doublet setup and the pressure drops over the parallel pipes are recorded by pressure transducers for different flow rates. Results show that the flow in the parallel pipes is redistributed when turbulent slugs pass through one of them. The presence of the slugs is revealed by positive skewness in the pressure signals as well as an increase of the standard deviation of the pressure drops and correlation between the pressure drops of the pipes. A frequency analysis of the pressure drops show that lower band frequency pressure variations in one pipe are communicated to the other pipe while higher band frequencies are filtered out.     

On the impedance of the pipe in laminar and turbulent pulsating flows

The response of a facility, consisting of a valveless reciprocating pump, a large settling chamber and a long straight smooth pipe, to a periodic change in the volume was analysed. The impedance of the pipe was estimated in both laminar and turbulent flow regimes under otherwise identical flow conditions. A good agreement with theory was obtained for the laminar flow. The estimate of the pipe impedance from the experimental data in turbulent flow was based on the momentum equation as well as on the measured resonant frequency of the system. These independent methods show that the inertance of the pipe has a qualitatively different behavior in laminar and turbulent flow regimes.     

水平管内油——水两相流动压降规律的实验研究

设计和建造了内径为26．1mm,长30m的水平不锈钢多相流实验环道,利用白油与水进行了油－水两相流流型和压降实验。本文针对各种流型,分析了油－水两相流动的压降规律和油－水混合液有效粘度,指出有效粘度法只适用于油－水分散流型的压降预测,对于分层流型式其它混合流型使用合适该种流型的压降预测模型来计算压降。研究结论对油田现场的油水混输管路的经济运行具有较大的指导意义。     

具有弹性支承的圆管在内外部流激发下动力特性及实验研究

本文建立了具有弹性支承的圆管在内外部流激发下的力学模型.推导了内部流与静止外部流作用下圆管的耦联振动方程.提出了确定弹性系数的方法.采用振型叠加法分析圆管动力特性问题.对内部流与静止外部流情况下圆管固有频率进行了计算和测量,计算值与实验值吻合较好.另外,对内外流同时激发下圆管的固有频率进行了测量,得到若干对工程实际有用的结论.