正方形小通道内的非牛顿流体-氮气两相流动流型的实验研究

对水力直径为2.5 mm的正方形小通道内的非牛顿流体-氮气的垂直向上两相流动流型进行了可视化实验,工质分别为:浓度0.2%的聚丙烯酰胺(PAM)和0.2%的黄原胶(XG)水溶液,表观气速0.1～100 m/s,表观液速0.01～6 m/s.观察到的典型流型有:弹状流、搅拌流、弹环状流和环状流,其中弹环状流未见于水-空气上升流动.在PAM-氮气实验中发现了一种新流型-泡状-弹状流.通过流型图对比,发现非牛顿流体的搅拌流区域较牛顿流体窄,弹状-搅拌流转变线也明显右移,非牛顿流体的黏性对流型转变的影响较大.     

多孔结构内流动沸腾流型分类及转变研究

以球形燃料核反应堆为工程应用背景,分别对直径4 mm、6 mm、8 mm颗粒堆积的多孔结构进行了流动沸腾可视化试验,在实验参数范围内得到了泡状流、泡状-弹状流、弹状流、弹状-环状流四种流型.获得了热流密度、流速、颗粒直径等对流型的影响规律.增加热流密度,汽泡数量增加,体积变大,变形、合并、分裂频繁;流速越高、颗粒越小,汽泡体积越小、数量越少.流速越高、球径越小发生相同流型所需要的热流密度越大.对Tung/Dhir模型进行修正得到了多孔结构内流动沸腾两相流流型图及各流型间的转变含气率.     

小通道内液氮流动沸腾的可视化研究

通过高速CCD可视化实验,在气体表观速度0.01～26.5m/s,液体表观速度0.01～1.2m/s范围内,对内径为1.931mm垂直向上圆管内液氮流动沸腾的流型特性进行了研究.所观测的主要流型为:泡状流,弹状流,搅拌流和环状流.并绘制了流型图,发现环状流占了大部分的区域,干度大于0.15的区域基本上都是环状流.分析了流量对流型转变的影响,流量越大,相应的流型转变干度越低,而且流量大于820kg/m2s时,没有发现泡状流.通过与相同水力直径的空气-水的流型图比较,发现本文中的弹状流区域要小很多.通用的流型转变模型预测结果与实验结果相差较大.     

微圆管内流动凝结换热的实验研究

本文对水平微圆管内凝结两相流流型进行了可视化观察,对流动和换热特性进行了实验研究。实验中只观察到 三种流型:柱塞状流、环状流和毛细泡状流。柱塞状流在质量小流量时才出现,流量较大时,流型以环状流和毛细泡状流 为主。实验的Nu数在某一Re数下具有最大值,而流动凝结的压降随Re数的增大单调增大。     

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。     

空气/油水乳状液泡状流/弹状流流型及其转换的研究

本文采用空气／油水乳状液为介质,在不同含水率下,得到垂直上升管内W／O和O／W状态下泡状流及弹状流的流型特征、用压降脉动法判别流型的判据,同时研究了含水率对流型转换的影响,并建立了流型转换的预测模型,模型计算值与实验结果符合良好。     

疏水微通道内流动冷凝流型实验研究

实验观测了水力直径为150μm,宽深比3,通道壁面水接触角为130°的疏水矩形微通道内的流动冷凝过程。发现疏水微通道内的流型主要有珠状流、珠状-环状复合流、珠状-喷射复合流和弹状-泡状流。由于壁面的疏水性,喷射流处仍能观察到珠状凝结。珠状-喷射复合流的位置随入口蒸汽Reynolds数的增大而向通道出口移动,喷射频率随Re_v增大而增大。珠状-喷射复合流之后为弹状-泡状流,喷射流产生汽泡会冲击前一汽泡并合并流向通道出口。     

三维微肋螺旋管内流动沸腾流型与传热性能

采用三维微肋螺旋管进行了制冷剂R134a在管内的流动沸腾传热与流型可视化实验。随着流量和干度的变化,流型可划分为泡状流、塞状流、分层波状流、间歇流以及环状流。在Taitel-Dukler流型图上给出了流型的分区及其转变曲线,讨论了螺旋管内两相流动流型转变的特性。传热实验揭示了质量流量、热流密度及蒸汽干度对传热性能的影响,三维微肋螺旋管的强化因子为1.5-2.1。     

蒸发器内流动沸腾过程的可视化实验及调控

本文基于Simulink仿真和高速显微摄像仪设计搭建了一套闭式泵驱两相流回路系统,该系统具有可视化观测和自动控制小通道蒸发器流动沸腾传热过程。开展了小通道蒸发器内流型演变、传热特性和温度动态变化调控的定量研究,重点关注流型、流量、热负荷之间的耦合关系。研究结果表明,所构建的两相流回路系统借助储液罐控温调节能够实现系统运行参数的快速准确调控。小通道内工质流动沸腾呈现出单相流、泡状流、弹状流、搅拌流、环状流和反环状流等流型。对流传热系数随着热负荷增大经历单相流与两相流共存的急剧上升阶段、全区域两相流稳定区的均匀缓慢上升阶段以及处于临界不稳定换热区附近的下降阶段。并且,所采用的自动热控制算法能够实现流量、过冷度、壁温等运行参数的快速准确调控,赋予了泵驱两相流回路系统良好的热管理性能。     

微通道内沸腾流动与传热特性耦合机理研究

以水为工质，模拟研究不同条件下水平矩形微通道沸腾流动过程中气泡发生发展及流型演变与温度、压力、传热系数的耦合关系。结果表明：持续吸热的弹状流会占据通道大部分流动区域，易造成堵塞和局部高温；泡状流区域压力波动幅度较小，较长弹状气泡和大雷诺数均会导致较大的局部压降；升高热流密度减小了单相区长度，强化了核态沸腾，提高了通道整体传热性能；增大雷诺数使得通道内气泡尺寸减小，减少了两相流动的不稳定与堵塞现象，通道整体传热性能得以提升。     

特稠油-水两相流流型研究

为了更好地认识特稠油-水两相流动,采用显微摄像技术、等动量取样法与压降梯度测试相结合的实验方法,研究了特稠油-水两相流流型及特征。研究发现,特稠油水两相流的流型与常规油水两相流存在区别,该流型可分为Ew/o分散流、Ew/ow间歇流、Ew/ow分层流、Ew/ow不完全环状流、Ew/ow环状流、Ew/ow环散流等6种流型,未发现Eo/w分散流。特稠油水两相流的压降梯度与流型以及油水分散状况密切相关,反相点为含水率0.60,适于在反相后输送,且反相后温度和含水率变化对压降影响较小,为特稠油以水为连续相的输送方法提供理论依据。     

微通道中水蒸气凝结过程流型变化的分子动力学研究

本文建立了外力作用下流体流动和凝结过程的分子动力学模型.在蒸汽压力为3.7177 MPa时,模拟得到了不同外力条件下水蒸气凝结过程的流型,分别为环状流、射状流、塞状流、泡状流、带有小汽泡的液体流,模拟结果与相关文献中实验流型吻合较好.模拟发现水蒸气在0.3833 MPa压力下凝结时,出现一种新的波动流流型.最后对凝结过程中流型间转换机理进行了讨论.     

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％．     

微重力条件下90°弯管气液两相流型研究

本文报道了微重力条件下90°弯管内气液两相流型实验结果。弯管内径12.7 mm,弯曲半径76.5mm,气、 液两相表观流速分别为1.0—23.6 m/s和0.09—0.5 m/s。本文分析了观测到的弹状流、弹-环过渡流和环状流的典型特 征,比较了与微重力直管内相应流型间及常重力弯管两相流型间的异同。     

环状集输水平管内油-气-水三相流流型试验研究

目前我国东部陆上油田大部分已进入特高含水采油期,绝大多数油井综合含水率已超过85%,部分油井已达到95%。油-气-水三相流型是特高含水混输技术界限确定、水力热力计算方法研究及集输系统科学运行管理的基础。为了研究大庆低渗透油田环状集输水平管道内油-气-水三相流型,研制一套流型试验装置,进行了一系列试验研究,获得了1360组油气水三相流型图及相应的流动参数。对采集到的流型及试验数据进行分析,首次总结出水平环状集输管道中油-气-水三相流的五种流型,分别为分层流、三层扰动流、波浪冲击流、气弹掺混流和完全掺混流。同时给出了每种流型对应的参数范围,并对每种流动形态及典型特征进行了解释。     

水平管气液螺旋流流型辨识及压降波动研究

本文通过实验研究了水平管中叶片式起旋器引发的气液螺旋流流型及压降规律.采用背光成像法拍摄了流型并记录了压降波动情况.在该实验范围内观察到4种气液螺旋流流型:螺旋泡状流、螺旋气柱流、螺旋间歇流和螺旋环状流,并结合压降的概率密度函数(PDF)曲线图分析了各流型特点.同时研究了来流雷诺数及相分布对起旋器下游螺旋流流型的影响,...     

矩形微槽道内R134a流动沸腾换热特性的实验研究

本文主要研究了制冷剂R134a.在水平矩形(截面为1 mm×1 mm)微槽道内的流动沸腾换热特性。通过可视化手段观察到流动沸腾过程中的流型变化。同时得到了质量流速在60~1100 kg/(m~2s)、热流密度在33~120 kW/m~2时的流动沸腾换热系数,并对R134a的沸腾曲线作了讨论。通过可视化结果,发现了从泡状流到干涸流的7种流型。换热系数随着热流密度的增加而增加,干涸流的出现会导致换热系数迅速减小。核态沸腾传热在受限气泡到弹状流阶段得到增强。在搅混-环状流到环状流阶段,R134a的传热系数稳定在一个较高的值。此外,质量流速越大,CHF值越高。     

严重段塞流顶部节流作用下的流型及其转变

严重段塞流是常见于海洋石油工业集输-立管系统中的一种有害流型,而立管顶部阀门节流是抑制和消除严重段塞流的有效方法。本文实验研究了对严重段塞流采取节流操作所引起的流型及其转变特性,结果表明,随着阀门开度的减小,节流阀压降增大,背压升高,很大程度上抵消了下倾管内封闭气体的压力,从而抑制了下倾管内气体体积的膨胀,导致下倾管内的大量气体无法在短时间内快速连续地进入立管,而只能以大气泡或小气泡群的形式间歇进入立管,促进了弹状流和泡状流的形成。考虑了气液流速对节流阀压降的影响,建立了节流作用下S型立管内气液稳定流动边界,与实验数据吻合良好。     

三角形微通道流动冷凝的实验研究

实验研究了三角形硅微通道中的流动冷凝.通道中的冷凝流型沿程主要有珠状流、环状流、喷射流和弹状-泡状流等.在同一通道中,喷射流位置随着工质流量的增大而延后;在相同蒸气入口雷诺数下,喷射流位置则随着通道尺度的增大而延后.喷射流频率随着蒸气入口雷诺数和冷凝液韦伯数的增大而增大.较小水力直径的三角形通道中的流动冷凝不稳定性较高.冷凝通道的壁面温度呈沿程下降趋势.在同一通道中,流动冷凝的平均冷凝传热系数和平均努塞尔数,皆随着蒸气入口雷诺数的增大而增大,通道尺度的减小显著强化冷凝传热.     

井筒内超临界水流动传热特性数值研究

随着世界油气资源的日渐枯竭,稠油开采在油气开发中的地位日益凸显。对于埋藏深、黏度大的稠油资源,实验研究发现超临界水技术对于深层超稠油具有采收率高且具有原位改质功能,应用前景广。准确预测井筒传热流动特性是进行超临界水开发作业设计与规划的前提。本文发展了一种适用于超临界注入井筒内的传热计算模型,该模型针对各种流型分别选择最优压降计算公式,并考虑超临界蒸汽物性参数对管流摩擦压降计算的影响,修正单相管流摩擦压降公式;模型计算结果与工业现场结果具有较好的一致性,并基于该模型分析了超临界水注入参数对流动传热规律的影响规律。