微重力气液两相环状流界面波特性分析

本文利用双重小波包分解算法,对微重力气液两相环状流界面波特性进行了分析,将实验测量到的环状液膜厚度信号分解成相干分量和非相干分量,并对相干信号与非相干信号的特征进行了分析,提出了一个新的描述微重力气液两相环状流界面波特性参数。     

气液两相流压力波色散特性实验研究

设计了可调频式压力扰动源的气液两相流压力波实验装置,实验研究了垂直上升管内气液两相流泡状流、弹状流压力波的色散规律。实验结果表明,对泡状流,在实验范围内,压力波的传播速度及其衰减跟扰动频率有关,随着扰动频率的增加,波速及其衰减都增加;工质的流速对压力波的色散特性没有影响。结合数值模拟结果,验证了泡状流压力波色散特性的临界频率现象,即高于临界频率,压力波色散特性消失,本文分析了相应的物理机制。对弹状流,压力波同样具有典型的色散特性,已有研究结果还不能预测其色散规律。     

小管径气液两相流空隙率波传播的多尺度相关性

空隙率波是气液两相流系统的特殊物理现象,理解空隙率波的传播特性对揭示两相流流型转变与流速测量物理机理具有重要意义.本文首先考察了典型非线性系统的多尺度互相关特性,发现去趋势互相关分析方法可有效揭示系统的多尺度非线性动力学特征;然后,通过采集垂直上升小管径气液两相流电导传感器阵列上下游空隙率波动数据,提出采用多尺度去趋势互相关分析方法探测空隙率波传播的多尺度互相关特性,并提取了低尺度空隙率波互相关水平增长率;另外,通过计算空隙率波空间衰减因子,考察了气液两相流空隙率波传播的结构不稳定行为.结果表明,空隙率波结构的多尺度互相关特性与其空间衰减特性具有较好的物理关联性:对于气液两相流过渡流型,低尺度空隙率波互相关水平增长率较高,且与较为稳定的空隙率波传播特性相对应;而当气液两相流空隙率波明显衰减或放大时,空隙率波互相关水平增长速率一般较低.     

气液两相流中的声速研究

气液两相流在工业各领域中广泛存在,而声速是描述其声学性质的一个重要参数。本文从流体的体积弹性模量的定义出发,推导了气液两相流中的声速随含气率的变化关系式,即混合流体的Wood声速公式,将其声速的部分计算结果和其他作者的实验数据进行了比较,吻合良好。并通过COMSOL有限元模拟软件得到不同气体分布下圆管谐振腔最低阶模式的共振频率,间接数值模拟研究了含气率对声速的影响。模拟结果与理论计算结果一致,当气液两相流中含气率较低时,声速随含气率的增大急剧减小。本研究结果为确定声速与气液两相流中的含气率间的关系提供了参考依据。     

垂直上升管内气液两相流流型鉴别研究

本文以低压空气一水作介质,进行了垂直上升管内气液两相流流型鉴别的实验研究;采用沿垂直管局部轴向压差信号及压差信号的统计分析并借助高速闪光观测仪进行可视化观察鉴别流型。实验结果发现,利用压差的时域信号和信号的功率谱密度函数（ＰＳＤ）,可以客观地判别垂直上升管内泡状、弹状和环状三种主要流型。     

气液两相流相含率测量新方法研究

本文基于电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C~4D)技术,提出了一种气液两相流相含率测量新方法。该方法基于新型六电极阵列式C~4D传感器,首先获取气液两相流电导信号,然后利用所获电导信号,结合LS-SVM回归方法分别建立三种典型流型(泡状流、环状流和层状流)的相含率测量模型。实际测量时根据流型选择相应的相含率测量模型,计算获得相含率。在内径为47.5 mm管径下进行相含率测量静态实验,研究结果表明,所提出的气液两相流相含率测量新方法是可行、有效的。在三种典型流型下的相含率测量最大绝对误差均小于9%。     

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.     

垂直上升管内气-液两相环状流截面含气率的数学模型

模型是建立在压力能量消耗率最小的原理上的,其基本原理是:在气-液两相流的流型中,环状流具有相当稳定的流动状态。根据流体力学的原理,任何系统都趋向于处在能量最小的稳定状态,所以在环状流的稳定流动状态下具有的能量应该最小。提出了计算截面含气率的压力能量消耗率模型,结果表明:模型计算结果与实验结果基本相吻合。     

气侵期间环空气液两相流动研究

本文建立了描述钻井气侵期间井眼气液两相流偏微分方程组,该方程组既考虑了不同渗透率的储层与储层钻开不同厚度下的气体侵入井眼情况,也给出了这种情况下该偏微分方程组的求解方法。利用实验数据进行了模拟,揭示了环空气液两相流型与流动参数变化特征,据此,能够为安全有效地井控提供理论基础。     

水平矩形小通道内气-液两相流摩擦压降的研究

本文以氮气和水为工质,在水平矩形小通道(dh=0.99 mm)中对两相流摩擦压降进行了实验研究.实验是在大气压力下进行的,氮气的折算流速的范围为0.017～33.3 m/s,水的折算流速的范围为0.1～5 m/s.实验对所得的219个数据点进行了分析,并同 L & M 关系式、L&L关系式、均相流模型以及均相流修正模型进行了比较,得出(1)L & M关系式比均相流模型、均相流修正模型以及 L & L 关系式的偏差都小,能更好地预测两相流压降变化.(2) L & M 关系式中的C在不同的流型(流型是由UGS、ULS以及dh决定)具有不同的值,在同一ULS下,C随X(UGS)的变化呈现一定的规律性,在X=7左右,C出现最大值,而此处恰好是块状流最激烈区域.但是C随ULS没有一定的规律性.     

卧式螺旋管内油－气两相流流型的研究

本文在两种不同尺寸的卧式螺旋管内进行了油－气两相流流型的实验研究，得到了流型图，并对各种流型之间的转变机理进行了讨论和分析，同时给出了各流型之间转变的准则关系式。     

油水两相分散流的相界面浓度输运方程研究

通过对连续相湍流导致的油滴聚合和破裂现象的合理模化,本文建立了适用于垂直上升管油水两相分散流的相界面浓度输运方程.其中对连续相湍流驱动油滴随机碰撞引起的聚合现象模化时,考虑了两油滴间连续相液膜排出过程中的凹面膜效应.而在描述油滴与湍流涡随机碰撞导致的破裂现象时,考虑了破裂过程所产生油滴的大小不等的因素.利用所建立的相界面浓度输运方程对沿实验段轴向的相界面浓度变化进行了预测,结果与实验数据比较表明吻合很好.     

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。     

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。     

零净液流量两相流持液率与阻力特性研究

分别以牛顿流体和非牛顿流体为液相，研究了垂直管中零净液流量气液两相流的流动特性。提出了零净液流量气液两相流动模型，应用这一模型计算了零净液流量气液两相流的持液率和压力降，模型计算结果与试验结果相符。研究结果表明，零净液流量气液两相流与常规气液两相流相比具有特殊性，表现为其持液率仅由质量平衡方程控制，其摩擦阻力压力降为负值。     

表面活性剂添加对水平管内气液两相流含液率的影响

应用电导断层测量技术研究表面活性剂添加对水平管内气液两相流含液率的影响,实验工质为空气/水、空气/100 mg/kg十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液。结果表明,空气/水气液两相流动在光滑分层流型区,表面活性剂添加对平均截面含液率基本没有影响。随着液体流速的增加,空气/水气液两相流动进入波状分层流型区域,添加表面活性剂可以抑制或消除界面波动,增大平均截面含液率。表面活性剂的添加使弹状流含液率下降,气液流速较低时这一现象尤为明显。     

水平管油水两相分层紊流流动的数值研究

采用VOF模型对水平管油水两相分层流动进行了数值模拟,分析了两相表观速度以及粘度、密度等物性参数对截面相含率和压降的影响,计算结果表明:截面相含率主要由两相表观速度比决定,受粘度和密度等物性参数的影响较小;而压降受两相表观速度和物性参数的影响都较大。