电容层析成像垂直环空气液两相流动实验

为了研究石油与天然气钻井溢流期间井筒环空中的气液两相流动规律,设计并搭建了一套垂直井筒环空气液两相流动实验装置,创建了电容层析成像(ECVT)和含气率分析的流型识别方法。通过实验表明:该实验揭示了含气率随气液相表观速度、黏度的变化规律;实现了对不透明井筒环空内气液两相流动过程的实时可视化和定量化表征。该实验装置可作为垂直井筒环空中气液两相流动特征、气体运移、流型转化研究的重要手段,也可用于实验教学、大学生创新性实验项目等。

考虑气水两相流动的页岩气井压裂-生产一体化数值模拟

基于位移不连续法和离散裂缝统一管网模型,采用顺序迭代数值模拟方法,构建了考虑气水两相流动的页岩气井压裂-生产一体化数值模型。模型考虑了天然裂缝、基质物性对压裂过程的影响,且直接将压裂后地层压力及含水饱和度分布用于后续焖井、生产模拟,可以更准确地实现压裂-生产一体化模拟。模拟结果表明:储层物性参数对裂缝扩展有较大影响,合理预测压裂结束后地层压力及储层流体分布是准确预测页岩气井产气量、产液量的关键;相较于常规方法,提出的模型同时考虑压裂对基质压力及含水饱和度的影响,可以更准确地模拟产水量、产气量。将建立的模型应用于实际页岩气压裂水平井的压裂-生产一体化模拟,模拟结果与实际生产数据吻合程度较好,验证了模型的准确性。

双支点对转轴承腔两相流动及换热特性的数值研究

为探究双支点对转轴承腔两相流动及换热特性,利用耦合的CLSVOF两相流方法开展数值研究,对比高低压轴同转、对转形式下的轴承腔流动及换热特征,重点探讨对转条件下,高低压轴转速及双侧供油流量对轴承腔壁面油气分布特征与换热特性的影响。结果表明:不同转向下轴承腔壁面油膜形成过程类似,滑油在壁面以油滴、油矢、油带形式分布;同转形式下壁面流线旋向相同,对转形式下壁面流线旋向则相反,对转提高了轴承腔壁面剪切力及湍流强度,平均换热系数相对提升了16.47%;对转转速越大或转速比越高时,壁面滑油体积分数增大而油膜厚度降低,油膜流速平均增加72.95%,双侧供油量或供油流量比越大时,壁面滑油体积分数与油膜厚度均上升,油膜流速平均增加31.02%;增加转速与供油流量均可提高壁面热流密度,增大换热系数,采用双支点对转形式布局能够一定程度提高轴承腔换热性能,有利于保障发动机的安全可靠运转。

多孔介质两相流动分形质-热弥散系数模型

利用分形理论描述了多孔介质微观孔喉结构,研究了两相流体在孔道空间内的占比情况,考虑了流体经过孔喉结构处流动状态发生改变产生二次流引起的局部水头损失,结合两相流体的沿途储热能力的差异,推导出孔道中同时存在两种相态流体的速度弥散效应和热弥散系数表达式.研究结果表明:饱和度小于0.1或大于0.9时,非湿润相流体速度弥散和热弥散系数变化受饱和度的影响较小,只与微观孔喉结构有关.当孔喉比为1时,局部水头损失为0,不存在速度弥散效应和热弥散效应;孔喉比大小在1~200时,速度弥散效应和热弥散效应随饱和度、孔喉比和流体物性参数的改变而改变;孔喉比大于200时,速度弥散效应变化不明显,对热弥散系数的影响不再显著,与饱和多孔介质孔喉比为150时速度弥散效应不再显著的结论不一致.壁面温度一定,当孔喉比大于2时,孔喉间隙近壁处的二次流停滞导致加热时间增加,孔喉结构间隙之间的流体温度与孔道壁面的温度近似相等,速度弥散和热弥散效应不受温度影响.

凝相粒子相变及微观传热对喷管内两相流动换热的影响规律研究

固体火箭发动机喷管燃气中氧化铝凝相粒子与环境间的传热及凝固过程影响了喷管两相流动换热过程。构建了凝相粒子的微观传热模型—粒子与环境间的对流换热、辐射换热及液-固相变模型,并将粒子微观传热模型与喷管内一维两相非平衡流动模型进行耦合计算,获得了考虑凝相粒子相变及微观传热对喷管内非平衡两相流动传热的影响规律。结果表明:基于Drake模型计算喷管内粒子与环境间对流换热的精度最高,对于粒子而言辐射传热远小于对流传热,占比仅为0.041%。考虑粒子液-固相变时,计算得到的气相和凝相粒子出口温度显著高于不考虑相变的,而出口速度则略为升高。当喷管入口温度为3000 K时,与无相变的结果相比较,气相和凝固粒子的出口温度分别高出25.5%和26.7%,而出口速度则分别高出1.2%和0.5%。

喷气燃料上倾管道油水两相流动规律仿真研究

随着民航行业的快速发展,广泛使用管道运输喷气燃料。但是管道中的水分容易在低洼处聚积,并带来腐蚀和流动不畅等一系列问题。基于计算流体力学(CFD)方法对不同倾角上倾管道中喷气燃料携带底部积水情况进行了计算机仿真。计算结果表明,随着时间的增加,在喷气燃料的剪切作用下,管底积水将被分成大水团和小水滴两部分;随着倾角的增大,大水团的轴向长度变短,相界面波动剧烈,导致管底水相出现回流现象进而流动速度变缓。

水平井井筒气两相流动规律及积液特征研究

由于气田开发中出水气井所占比例逐年增加,明确水平井井筒气两相流动规律及积液特征对于解决气井出水问题具有重要意义。然而,水平气井出水特征规律复杂、无法准确预测积液风险,导致水平井井筒气两相流动规律及积液特征尚不清楚。因此,从水平气井气水两相流动规律研究入手,通过建立水平井气水两相渗管耦合流动模型,我们可以对水平井复杂完井段的积液过程进行深入的数值模拟分析。并在总结前人成果的基础上,深入探讨了水平气井的气水两相流动规律,同时研究了积液过程的携液模型和积液模型。研究结果表明,水平井筒内的气两相流动有多种流型,有分层流、间歇流、环雾流等。这些流型受多种因素影响,如管径,倾角,流体性质等。特别是影响空气和水流类型最显著的是管径和倾斜度。积液过程受到各种因素的影响,如气量、水量、轨迹上的倾角以及轨迹的起伏程度等。

旁路流对换热器壳侧气液两相流动特性的影响

针对工业中广泛应用的管壳式换热器,对壳侧旁路对气液两相流体流动特性的影响进行了试验研究。以Ishihara两相流动模型为基础,建立了以横掠管束的主流路为基础的错流区通用两相压降计算关联式。该关联式与实验结果吻合较好。并通过错流区分相流动模型,分析计算了主流路与旁路中气液分布情况,结果表明主流路和旁路中气液流量的分布是不均匀的;气液各自占相应总流量的比例在不同的流型下明显不同,且比例值的波动范围较大。

喷油嘴喷孔内部空穴两相流动数值模拟分析

在柴油机喷油嘴喷孔内部空穴流动现象分析的基础上,建立了完全发展了的空穴流动的二维气液两相流空穴模型,并进行了喷孔内部气液两相流数值模拟。计算结果与国外已有实验数据的对比表明所建模型是正确的,在此计算模型框架下分析了喷孔上下游压差和喷孔入口圆角半径、喷孔直径和长度等几何特征参数对喷孔内空穴区域分布的影响,进而分析了对喷雾特性的影响。

提升管反应器进料混合段内气固两相流动特性(Ⅰ)实验研究

根据实际工业的操作条件 ,采用催化裂化催化剂及空气 ,在大型冷模实验装置上对催化裂化提升管进料混合段内射流相与颗粒相的速度场、浓度场进行了系统测试 .结果表明 ,由于旋涡场的诱导作用 ,喷嘴射流注入到提升管中以后将会产生二次流动 ,二次流先是发展扩大 ,随后又与主流逐渐汇合 .根据混合流场的分布特点 ,可以将这一极其复杂的流场由下到上分为上游影响区段、主射流影响区段、二次流影响区段、混合发展区段 4部分 ,各区段在径向上又可再分为 2或

混流式水轮机引水、导水部件内部固液两相流动的数值分析

基于N-S方程，运用k-ε-Ap模型，采用直角坐标系、混合四面体非结构网格和SIMPLE算法，将混流式水轮机蜗壳、固定导叶和活动导叶作为耦合整体，对引水、导水部件在含沙水两相流介质流动时的内部流场进行数值模拟计算．分析水轮机引水、导水部件内部流场两相流动的机理，对泥沙两相流动时蜗壳、固定导叶和活动导叶等部件的泥沙磨损进行分析和预测．研究结果表明，蜗壳包角从0°～320°的外侧壁、特殊固定导叶的头部及工作面靠近头部位置、活动导叶头部及工作面靠近头尾部的区域，属于磨损严重区域，与水电站的实际磨损情况基本吻合．

离心式喷嘴内气液两相流动的数值模拟

求解三维不可压NS方程,并应用VOF方法捕获气液分界面,计算不同压降下离心式喷嘴内的气液两相流动状况,研究了不同压降对喷嘴内流动的影响。计算很好地模拟了喷嘴内的气液两相流动,并得到了出口液膜速度、喷雾锥角以及液膜厚度等参数,数值计算所得结果同试验符合得较好,好于经验公式的结果。

水平携带床气固两相流动的实验研究

为研究氩气和生物质颗粒(玉米秸秆粉末)流在水平携带床热解管中的运动规律,设计了水平携带床透明冷态模拟装置。以油雾粒子为示踪粒子,利用P IV技术(粒子图像测速技术)对氩气流在水平携带床管内的速度分布进行了测量和分析。在氩气流量不变的情况下,对水平携带床管内加入生物质颗粒后的流动速度进行了P IV测量。结果表明,氩气流在到达距离管道入口大于400 mm的区域后已经较为稳定,处于充分发展区;氩气流的速度分布是对称结构,在雷诺数为1695时,其速度分布形状明显不同于层流的抛物线形状,是更加接近于紊流速度分布形状。而相同氩气流量条件下,生物质颗粒速度分布是非对称形状,中心部位生物质颗粒运动速度明显低于气流中心速度;在整个水平携带床内,生物质颗粒都是处于被加速的状态。

中心给粉旋流燃烧器气固两相流动的数值模拟

电厂采用的煤粉燃烧技术应达到稳燃、低污染、防结渣及防高温腐蚀的要求。中国电厂燃用煤的煤质偏差,煤种多变。在燃用这些煤的时候,锅炉的稳燃能力较低。针对这些问题,提出中心给粉旋流煤粉燃烧技术。由于燃烧器的气固流动特性对燃烧器的性能有很大的影响,利用可实现的k-ε和Lagrangian随机轨道模型对中心给粉旋流燃烧器的气固两相流动进行数值模拟,并将计算结果和三维相位多普勒测速技术(Phase-Doppler ane mometry,PDA)试验结果进行详细比较,计算值和试验值速度分布的趋势基本相同。计算和试验结果表明,在轴向方向产生了回流区,切向速度分布出现典型的Rankine涡结构,中心线附近区域的径向速度小。当颗粒的轴向速度衰减为0之后,颗粒的运动方向发生偏转,开始向后上方运动。颗粒迂回型运动轨迹延长了煤粉在回流区中的停留时间。

湿式离合器对偶片间油气两相流动的数值模拟

湿式离合器高速旋转时内部形成的复杂油气两相流动会对离合器的性能产生影响,因而需要对湿式离合器内的两相流动特性展开研究。基于有限体积法,采用流体体积函数(Volume of fluid,VOF)多相流模型、RNG k-ε湍流模型,建立考虑径向沟槽影响的三维湿式离合器对偶片间油气两相流动模型。通过对流动模型中油气两相N-S方程进行数值求解,获得了湿式离合器对偶片间油气两相流动的流场分布特性,分析沟槽数量和转速对流场中油相分布及带排转矩的影响。结果表明:湿式离合器内部的润滑油分布是不均匀的,随沟槽的分布呈现出周期性变化,沟槽处润滑油油液体积分数最大;转速和沟槽数目的增加均会使对偶片间油液体积分数下降,影响湿式离合器内润滑油分布的不均匀性;沟槽总面积不变时,增加沟槽数量能使带排转矩最大值减小,最大转矩对应的转速提前。本研究为湿式离合器内部流场分析和带排转矩研究提供了一种新方法。

一个气固两相流动阻力的新模型

为了解决现有经验气固阻力模型的普适性问题 ,合理描述颗粒团聚现象对气固阻力的严重影响 ,从理论分析入手 ,将传统的CFD方法与系统能量分析方法相结合 ,建立了计及颗粒团聚效应的气固阻力分析模型 .与现有模型相比 ,新模型不仅合理地描述了气固两相相互作用的物理过程 ,而且避免了以往采用经验系数所导致的误差和局限性 .经循环流化床数值模拟的检验证明 ,新模型的计算结果与实验数据吻合 ,从而在稠密气固两相流动的数值模拟中具有相当的优越性 .

固体火箭发动机喷管内气粒两相流动的CFD-DSMC模拟

气相采用Jameson中心差分格式和显式Runge-Kutta法求解可压缩的雷诺时均N-S方程,颗粒相采用DSMC方法描述,采用PSIC耦合算法模拟了JPL喷管中的气粒两相流动,得到了气相和颗粒相的参数分布规律。结果表明,流场中颗粒相含量越高,颗粒相对气相的阻碍和加热效应越显著,导致气相马赫数降低、温度升高;在相同颗粒含量的情况下,颗粒粒径越小,也能明显阻碍气相流动,同时对气相的加热效应也更显著;在颗粒确定性轨道模型计算下得到的无粒子区中,仍有少量非连续的颗粒存在。

农用柴油机喷油系统中液—汽两相流动过程的试验研究

利用 CCD摄像机、A/ D转换卡、微型计算机、图像采集卡和其它测试设备对农用 1 1 0 5柴油机喷油系统中液—汽两相流动过程进行了试验研究。在实际运转中的 1 1 0 5柴油机中发现了在空转、额定功率及最大扭矩等工况下其喷油系统内存在着大量的汽泡现象 ,汽泡的运动规律极其复杂 ,并在各种工况下对发动机性能有不同程度的影响。

湿蒸汽两相流动的数值方法及其在喷管中的应用

针对在高维情况下存在自发凝结的湿蒸汽两相流动数值模拟 ,回顾了当前湿蒸汽两相流计算的概况 ,在此基础上给出了守恒型的两相流流动控制方程组及数值求解方法 .对二维喷管中存在自发凝结的跨音速两相流动进行了数值分析 .结果表明 ,计算可准确地预测喷管中自发凝结发生的位置 ,反映了边界层影响膨胀率 ,从而引起喷管中过冷度及相应水滴状态分布的不均匀 ,计算也显示了凝结流动与单相流动马赫数分布的显著差异 ,为研究透平叶栅中的湿蒸汽两相凝结流动奠定了基础 .

波纹板除雾器两相流动的数值模拟与分析

用计算流体力学(CFD)方法对波纹板除雾器内的气液两相流动进行了数值模拟,计算得到了不同液滴直径、进气速度与叶片间距下除雾器的除雾效率和压降,并分析总结了各参数对除雾效率和压降的影响规律.数值模拟还显示了液滴的运动轨迹以及液滴浓度、压力、速度和旋涡的分布情况,这对除雾器的优化设计具有指导意义.研究表明CFD方法可以成为除雾器设计的有效辅助手段.