倾斜管内低温两相弹状流特性实验研究——弹状汽泡运动速度

使用高速动态分析仪对低温倾斜上升管内不同位置处弹状汽泡进行了可视化实验研究。对获得的弹状汽泡的运动速度进行了统计分析,研究了弹状汽泡运动速度的变化规律。结果表明:对于两个不同管径的管路,当倾斜角θ(相对水平方向的夹角)为90,°80,°70°时,弹状汽泡上升速度随着长径比(x/D)的增大而增大,与传统的空气-水两相弹状汽泡沿着管路的运动速度的变化趋势不同;当倾斜角60°时,弹状汽泡上升速度随着x/D的增大先增大后减小;当倾斜角θ为45,°40°时,弹状汽泡上升速度随着x/D的增大而减小;所有工况下,随着倾斜角度的减小,弹状汽泡上升速度先增大后减小,在θ=60°处最大,且在管出口处,汽泡的上升速度几乎不变。该文为进一步研究低温液氮沸腾两相弹状流发展过程中弹状汽泡运动速度提供参考依据。     

倾斜上升管内气液两相弹状流壁面传质特性研究

采用VOF模型对倾角为45°、80°、85°三种情况下倾斜上升管内弹状流的壁面传质特性进行了研究.传质特性通过其与壁面切应力的类比关系来体现.数值模拟结果表明,低混合物流速时,上管壁面切应力在液膜区有明显波动,而下管壁面切应力分布则比较光滑.随着混合流速的增大,液膜区上下壁面切应力分布趋于一致.管子下壁面切应力平均值大于管子上壁面,在Taylor气泡运动速度较低时较为突出.随着Taylor气泡速度的增大,管子上下壁面的切应力平均值趋于相同.相同的混合流速下倾斜角度越大,上下管壁的切应力分布越趋于近似.下降液膜区的壁面切应力平均值大于Taylor气泡尾迹区域.根据Chilton-Colburn的类比关系,壁面切应力的规律完全适用于壁面传质系数.     

倾斜管内低温弹状汽泡和液弹长度实验研究

用高速动态分析仪对低温倾斜上升管内不同位置处弹状汽泡和液弹长度分布进行了实验观测,对获得的观测结果进行统计分析,研究弹状汽泡和液弹长度的变化规律.结果表明:相同的倾斜角下,弹状汽泡平均长度随着x/D的增大而增大.在相同的x/D下,随着倾斜角度的减小弹状汽泡平均长度先增大后减小,在60°处最大.液弹长度的整体分布规律同弹状汽泡长度分布规律有明显差异.对于各种倾斜角度下,平均液弹长度随着x/D的增大而增大;同一x/D下,随着倾斜角度的减小,平均液弹长度先增大后减小,在60°处最大,说明管子从竖直倾斜后,有助于汽泡的聚合,使液弹长度增大,在45°角处,汽泡聚合减小使液弹长度减小.该文为进一步研究低温两相弹状流特性提供了依据.     

管内低温垂直向上两相流弹状汽泡上升速度的实验研究

本文对垂直低温两相流弹状汽泡的上升速度运用高速摄像机进行了可视化实验研究,对所采集的实时图像进行处理.在Moissis等和Takatoshi弹状汽泡上升速度经验公式的基础上,通过对弹状汽泡的上升速度的分析,提出了圆管内弹状汽泡的上升速度的拟合公式,分析研究其变化规律,为进一步探求圆管内液氮弹状汽泡的生成机理提供依据.     

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。     

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。     

水平管内气液两相流中单气泡形态特征实验研究

本文利用双平行探针技术和摄像方法对水平直管内气液两相流中单气泡的形态特征进行了实验研究。实验结果表明气泡头部和气泡体的形态特征取决于气液混合Fr数,而气泡的尾部特征还与气泡长度有关;气泡的头部结构特征决定气泡的移动特性,而气泡的尾部结构特征决定气泡向液塞区的充气特性:小气泡通过单纯水跃面的气泡尾部向液塞区弥散,而具有阶梯状尾部结构的气泡并不向随后的液塞区弥散小气泡,所以气泡尾部的结构特征的变化决定了弹状流与段塞流的转变。     

起伏管线中的多相流液弹发展特性研究

采用差压法对起伏管线中的多相流液弹长度进行了实验测量和分析,通过对实验数据的统计分析发现,液弹长度按正态分布规律分布,在上升段液弹长度比水平段液弹长度有所减小,而在下降段,液弹长度又会有所恢复。液弹长度的减小和增加会相应地造成液弹速度的增加和减小。     

水平管油水两相流摩擦阻力特性实验研究

本文对水平管内油水液液两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。根据油水两相流流型的不同,通过建立物理模型或对实验数据的整理得到了各种典型流型下的摩擦阻力压降计算式。揭示了摩擦阻力压降随混合物速度和体积含水率等的变化规律。     

低温气液两相流研究中的CFD技术

介绍了 CFD技术的优势及发展现状 :论证了将 CFD技术引入到低温气液两相流系统研究及开发中的可行性 ;通过分析 CFD通用软件中理论模型的不足 ,找到了限制 CFD技术在低温气液两相流研究中应用的关键因素 ,并拟定了解决方案     

低温管路预冷过程的实验研究

搭建了低温管路预冷过程实验台,并对不同管长和不同入口压力下低温管路预冷过程中压力和温度的变化情况进行了实验研究。结果表明,管路较长时,不稳定现象表现得更加剧烈,管路预冷时间变长,并会产生更大的压力峰值。     

Experimental studies of the pressures generated by a liquid oxygen slug in a magnetic field

The strong paramagnetic susceptibility of liquid oxygen (LOX) has established it as a good candidate for a cryogenic magnetic fluid system. While its properties have been known for several decades, a fundamental understanding of the behavior of LOX in a magnetically controlled fluid system is needed for the development of a suitable space application that can operate reliably and efficiently. This study conducted quantitative experiments on the dynamics of a LOX slug in a tube when subjected to electrically-induced magnetic fields within a solenoid. The experiments used a quartz tube with an inner diameter of 1.9 mm and LOX slugs of 0.6, 1.3, 1.9, 2.5, and 3.2 mm length at various initial positions relative to the solenoid. The pressures generated by the motion of the LOX slug under the magnetic force were recorded to characterize the pressure differential generated and the breakdown of the slug. The highest attainable pressure differential was found to be 1.45 kPa, which correlated well to theoretical predictions once the analysis accounted for the resistance heating of the solenoid. The noted differences between experimental results and theory could also be attributed to impeded slug motion from shear and mass forces. Within the workable pressure range, however, an optimal slug length was found which appropriately balances the pressure, shear, and magnetic forces in the system. This paper presents the experimental data on the dynamics and the maximum pressure differential generated by a LOX slug in a magnetic field and discusses the viability of LOX in a magnetic fluid management system intended for space applications.     

环境压力对低温绝热气瓶蒸发率修正的试验研究

主要研究了环境压力对低温容器蒸发率的影响。在理论分析的基础上,使用容积为180L高真空多层绝热的低温容器,以液氮作为充装介质对5组不同环境压力下的蒸发气体量进行测量。结果表明,容器的蒸发率随环境压力的升高而增大,汽化潜热的是影响蒸发率变化的主要因素。为修正大气压力对低温容器蒸发率的影响起到了参考作用。     

阀门关闭对低温盲支管水击的影响分析

采用SINDA/FLUINT软件建立了具有盲支管的低温加注管路模型,仿真计算得到了不同阀门关闭时间、盲支管长度、阀门关闭顺序、管径下的水击压力变化情况。结果显示,阀门关闭时间越短,造成盲支管内的压力变化越剧烈,形成较大的压力峰值,容易对管路造成损坏;在低温管路处于冷态的情况下,盲支管长度对盲支管内压力峰值影响不大;某一支路阀门关闭使得该阀前压力出现变化,对另一支路压力影响不大,在整个管路形成封闭腔后,阀门关闭造成系统压力急剧变化,影响较大;管径越大,阀门关闭时的水击压力峰值越大。     

矩形微通道中流阻特性的实验研究

以工程上常用的66%的乙二醇水溶液作为工质,对几何特性相似而高宽比不同的4种纯铝矩形微通道内的流动特性进行了实验研究,得到了微通道冷板基础性的设计数据。实验测量了Reynolds数在50~500之间的流动阻力系数。实验结果表明:通道高度H与宽度W之比对微通道流阻特性有显著的影响;当Re数小于100时,在实验误差内,流动阻力系数的值近似等于经典理论计算值;随着Re数的增大和高宽比的变化,f的值远大于理论值,这可能是由微通道内部壁面粗糙度效应所导致的。     

演示流体压强与流速关系的实验装置

利用有机玻璃管、吸管、泡沫球等简易材料自制了演示流体压强与流速关系的实验装置。该装置有效地解决了小球随意滚动、吹气方向不固定等问题。实验用泡沫球代替乒乓球,并将其放置在玻璃管中放置,使实验过程不受外界空气影响,且较轻的泡沫球更易运动,实验效果更明显。利用该原理还自制了模拟非洲草原犬鼠洞穴的演示装置,有趣且直观地演示了犬鼠洞穴中的气体流向。     

低温管路阀门开启时不稳定过程的实验研究

搭建了低温管路阀门开启过程的实验台,并对不同液氮压力和阀门气源压力下低温管路阀门开启时不稳定过程中的压力变化情况进行了实验研究。结果表明,阀门开启后阀门前的气腔空间被填充,因而产生压力的振荡。阀门开启速度越快,压力峰值越小。     

临近空间稀薄空气低温捕集技术研究

针对临近空间飞行平台上各种红外探测器冷却的特殊需求,提出了一种新型临近空间红外探测器冷却方法,研究了该冷却方法中稀薄空气低温捕集的关键问题,并设计了临近空间稀薄空气低温捕集装置,进行了临近空间稀薄空气低温捕集的初步试验。     

真空规管对低温容器残余气体影响的实验研究

以高真空多层绝热低温容器为研究对象,利用残余气体分析仪研究冷阴极真空规管、热阴极真空规管以及热阴极真空规管不同放置位置对低温容器真空夹层内残余气体的影响.结果表明:冷阴极真空规管对低温容器真空夹层内残余气体的影响几乎是可以忽略不计的;热阴极真空规管对低温容器真空夹层内残余气体的影响较大,热阴极的灯丝和残余气体之间存在化...