仿真研究气泡流中的卡门涡街

利用COMSOL软件中的层流模型研究了气泡流中的卡门涡街现象。在中低雷诺数范围内,利用三种方法获得了气泡流的斯特劳哈尔数。相比纯水,气泡流具有较大的斯特劳哈尔数(St≈0.24)。在研究的参数范围内(障碍物尺寸2~5 cm、入射流速0.02~0.07 m/s),涡脱频率和入射流速成正比,和障碍物直径成反比,波长和障碍物直径成正比。

FLOW-3D气泡流模型关键参数敏感性探究

为了探究FLOW-3D气泡流模型的黑匣子细节,以45°陡槽均匀流的试验数据为参考,对计算结果对临界韦伯数、临界毛细管数、初始气泡直径、拖曳阻力系数和Richardson-Zaki调节系数等模型参数的敏感性进行了探究。结果表明:明渠掺气水流中气泡尺寸主要受临界毛细管数控制,临界韦伯数仅在掺气水面附近对气泡大小有微弱影响。拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数对结果的影响较大,而临界毛细管数、临界韦伯数以及气泡初始直径对计算结果的影响则相对较小。大于默认值的拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数会提高湍流强度并增加掺气,但小于默认值的参数对计算结果的影响更为显著。因此,在使用FLOW-3D进行掺气水流模拟时,应主要对拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数进行调校,以提高模型的准确性。

稀疏气泡流动的粒子跟踪测速技术研究

采用动态阈值技术实现了对气泡图像的正确分割,利用灰度加权方法提高了气泡颗粒的定位精度。根据稀疏气泡流动图像的特点,提出了一种新的基于相关的粒子跟踪测速算法(2HPTV)。通过进行两时刻中围绕待研究气泡所取的两个小的诊断窗口的相关运算,成功实现了气泡颗粒的轨迹追踪。实验表明本文算法较传统的PIV技术在测速精度上有很大程度的提高,与4帧粒子跟踪测速算法相比,降低了对摄像机帧频的要求,具有较强的实用性。

气固流化床中气泡流运动特征和空隙率径向分布

The flow behavior of the bubble in gas/solid fluidized bed is studied in multi-scales.A hypotheses of taking dispersed bubble as the continuous medium and the hydromechanics expression based on volume flux are proposed.The mathematical model of radial porosity distribution in the dense zone is developed.The radial distribution of the porosity is parabolic in nature according to the theoretical calculation and the calculated data is consistent with experimental data satisfactorily.

垂直管中气液两相气泡流的流动规律

本文根据理论分析和气液两相流的室内实验,得出了气液两相气泡流的空隙率分布以及在层流条件下和紊流条件下的速度分布规律。由以上结果得出的压降计算方法能比较准确地确定气液两相气泡流的压力损失。

生物倍增反应器气泡流态特性分析

利用激光粒子图像测速技术(PIV)对生物倍增反应器在7种不同进水流量下的气泡流态特性进行了测量和分析,利用特征正交分解方法对所测2个截面的气泡流场进行分解,提取流场中含能大尺度结构。结果表明,进水流量的增加导致了气泡轴向速度减小,径向速度增大,气泡附壁效应增强;不同进水流量对气泡的扰流影响程度不同,气泡流态的速度场和涡量面积分布存在差异,在特定工况下气泡流场产生了涡旋。上部区域进水流量为0时,1阶模态占能比例最高,约为7.2%;下部区域进水流量为0.18 m^3/h时,1阶模态占能比例最高,约为4.5%。低阶特征模态中存在明显的大尺度结构,且大尺度的流动结构与液相混合行为间接相关。当进水流量为0.90 m^3/h时,2个截面的涡量面积分布最均匀,气泡死区最少,此时气泡流态最佳。在本试验条件下,进水流量为0.90 m^3/h时,反应器整体气泡流态最佳。

AZ91D镁合金真空电子束深熔焊接熔池气泡流数值模拟

针对AZ91D镁合金焊接熔池的气—液两相流系统,在质量守恒和动量守恒的基础上,建立了真空电子束焊接熔池二维气泡流数学模型,模拟计算了熔池中的气相分布、气泡流流动现象,分析了对空腔型缺陷形成、分布的实际影响.结果表明,完全穿透型焊缝熔池中的气体逸出可能性大大高于非穿透型焊缝,使其出现空腔型缺陷的几率在一定程度上低于非穿透型焊缝.典型空腔型缺陷的形成过程与电子束焊特有的深熔焊缝熔池中气泡流的流型及其流动特征有密切关系.较高的液相对流速度更有利于熔池中气体的逸出,从而使焊缝最终的含气率较低.

通气空泡尾部气泡流仿真和特性分析

基于欧拉-欧拉双流体模型对通气空泡尾部气泡流进行数值仿真,并采用基于多尺寸分组模型的总体平衡方法预估气泡尺寸分布.应用改进后湍流耗散系数计算模型,考虑了气泡体积含量对在湍流作用下气泡扩散现象的影响.基于上述模型对两种试验工况下流场进行了数值仿真.结果表明模型对空泡尾部回流区特性进行了准确预示,在回流区高湍流度作用下气泡迅速破碎成小气泡.并进一步得到试验体尾流区空泡体积分数和速度分布.尾流区水流速度分布保持了流体经过非流线型对称体时产生的尾流分布规律.仿真结果与试验数据相一致,模型适用性得到验证.

虹吸管内气泡流流动水力特性

针对非驼峰式大真空度水平管段较长的正虹吸管道进行了系列实验,在虹吸管内呈现气泡流流型状态下,量测了不同安装高度、不同水头差条件下的虹吸管流动压降、过流能力和截面含气率。实验结果表明,气泡流流型状态下虹吸管道过流能力及压降随虹吸管安装高度的增大而减小,不能采用常规有压管流公式计算气泡流流型状态下的虹吸管过流能力和流动压降。基于实验结果分析了影响气泡流过流能力和压降大小的因素,结果表明气体存在对流动沿程阻力系数影响很小,可忽略不计,过流能力和压降计算仍可采用单一液相流动沿程阻力系数。不同安装高度虹吸管的流量变化和压降变化仅是由于气泡存在占据一定的过水断面积,使得实际过水断面积小于管道断面积。结合实验结果和数值分析,推导出适用于气泡流流型状态的伪空化现象明显、安装高度不大于8m、水平管段较长、考虑含气率大小的虹吸管过流能力和压降计算公式。经检验,公式计算误差小于±5%。

k-ary n-cube中的移动气泡流控策略

在k-ary n-cube网络中,气泡流控是一种有效、实用的死锁避免技术,它不必依赖虚通道就能避免环网中出现的死锁问题。如果流控策略能感知到维度内缓冲区的总体使用情况,就能够更加高效地进行调度,从而提高网络性能。为了避免关键气泡机制引起的阻塞,提出了伪报文协议;结合伪报文协议,设计了移动气泡流控策略,它有效实现了维度内的全局资源感知能力。与局部气泡流控相比,路由器每条输入通道仅设置一个报文缓冲区就可以避免环网中的死锁,即最小资源需求减少了一半。网络模拟结果表明,该机制不会出现永久阻塞;在distribute、hotregion和uniform传输模式中,该机制可以有效提高网络吞吐率20%以上,并且在网络饱和后吞吐率依然维持稳定。

一种新型的虫孔气泡流控实现策略

气泡流控是一种实现环内无死锁路由的高效方法.该方法在超级计算机Bluegene/L中得到了成功应用.然而气泡流控只适用于虚跨步(VCT)切换网络.目前,研究人员提出了一些方法把气泡流控策略应用到虫孔切换的片上网络中.然而这些虫孔气泡流控策略需要复杂的控制信息.文中提出了一种新型的设计方法实现高效、简洁的虫孔气泡流控.首先采用支持非原子缓冲分配的多请求缓冲结构(MRIBO)代替传统的FIFO缓冲结构存储报文.MRIBO支持Flit在不同报文间乱序存储,缓冲区中的每一个Flit能够独立路由.在MRIBO存储方式下,作者设计了一种类似VCT网络的气泡流控,适用于虫孔网络的新型气泡流控策略.证明了在MRIBO方式下,新型流控策略可以保证单向环内的Flit总是可以流动,不会出现死锁,在单向环内实现了无死锁路由.基于斯坦福大学开发的BookSim模拟平台,作者测试了新型虫孔气泡流控策略的性能.通过修改源代码,在BookSim中实现了基于新型虫孔气泡的维序路由算法(WBFC)和完全适应性路由算法(Adapt-BF).作者分别比较了这两种算法和传统的基于子午线(Dateline)的维序路由算法(DOR)以及完全适应性路由算法(Adapt-DL)在不同维度的Torus网络中的报文平均延迟.模拟结果显示:这种新型虫孔气泡流控策略的性能大大优于传统的虫孔切换.其中,8-ary 2-cube Torus网络性能测试中,在uniform通信模式下,Adapt-BF算法的报文延迟相对Adapt-DL算法有近18%的减少.文章通过新型的缓冲组织结构打破了虫孔交换中报文传输的原子性,保证了Flit独立路由,所以就可以在虫孔网络中像VCT网络中处理报文一样处理Flit.在这种情况下,VCT网络中基于局部信息的Bubble流控技术可以几乎不加修改地应用到虫孔网络中.因此,这种方法简化了虫孔气泡流控的实现.

锚链提升器水平液压管内气泡流型及其对边界层速度梯度影响分析

为有效提取气泡对管路边界层的扰动参数,达到提前预测和判断空气对液压管路污染的目的,基于管路流动边界层理论和气液两相流动理论,通过Fluent仿真平台建立气液管路模型,计算得到气泡流型及其对边界层速度梯度的影响规律。通过实验验证了仿真模型中气泡流型变化的一致性,并提出了一种液压系统空气污染诊断的新方法。计算结果表明,该方法能通过提取边界层微观变化规律来监测液压系统宏观空气污染故障;但是,当气泡直径小于0.01 mm时,则面临监测不到边界层速度梯度变化的情况。

深水海洋气泡流的动力学模型

介绍了深水条件下海洋气泡流的动力学模型,阐述了天然气水合物在天然气从深海到大气的传输过程中的重要作用。被天然气水合物包裹的气泡的动力学模型是在普通气泡模型的基础之上,引入一个参数值,通过模型模拟得到的数据确定的,可以用来描述水合物外层对气体分子和水分子扩散的抑制作用。

柠檬酸发酵罐内气泡流的数值模拟分析

运用气泡多相流MUSIG(multiple-size-group)数学模型,以100 m3的传统柠檬酸发酵罐内的搅拌、气泡运动过程为研究对象,针对直径为20、5、0.5 mm的3种典型气泡尺寸组,采用CFD技术数值模拟出罐内的湍流速度场、气泡体积组分空间分布场.探讨了不同的通气量对气泡体积分布的影响规律性,分析了发酵罐内溶氧浓度低的主要原因,为认识与改善发酵罐内的溶氧率提供了理论依据.

用于气泡流检测的双波长测量模型研究

针对已有单波长方法测量小通道竖直上升气液两相气泡流相分布参数误差较大的问题,提出了用双波长透射法进行测量研究。通过几何光学原理计算双波长激光经过气液两相流的光强分布,然后提取双波长光强分布特征量,建立了一种基于双波长测量理论的气泡流相分布参数识别模型。利用Trace Pro模拟445 nm、635 nm的激光经过位于管道截面不同位置处的不同尺寸气泡时,得到相应光强分布曲线并提取出特征量,使用仿真得到的特征量数据集对神经网络进行训练,将训练好的神经网络用来预测实验中气泡流的相分布。仿真实验结果表明,建立的模型对气泡中心位置、半径预测的平均绝对误差分别为0.018 mm、0.007 mm,均优于单波长方法,证明了所建模型的有效性和准确性。在搭建的实验平台进行了气泡流测量,重建了气泡流的三维图。

海底渗漏气泡流量测量过程的模糊控制

为了使海底天然气渗漏气泡流量测量过程具有稳定性和较高的测量精度,需要对气泡-水两相流介质的声场强度进行控制。根据测量装置的静态和动态特性以及声波线性传播方程,建立了声场强度的控制模型,针对被控环节的输入输出关系设计了模糊控制器。之后在MATLAB Simulink里面建立仿真模型,并进行了仿真实验。仿真结果表明,经过模糊控制器的调节,介质的声场强度可以跟踪被测介质中的气泡状态变化,其输出值的波动小于5%。该模糊控制器可用于海底渗漏气泡流量测量仪器的控制电路,从而实现了声波声场强度的控制。

垂直管内气液两相流的探讨——气泡流的压力降

本文把空隙率和气相密度沿管子高度的变化当作连续过程,并从微分总压力降出发,然后在全管范围内积分,从而导出了气液两相在气泡流情况下的总压力降模型为:P_1-P_2=(d-bc)/(ac)+(Ln(d+acP_1)/(d+acP_2))+ZC该模型用于求总压力降时可避免复杂的试差,且准确度较高。

浅水环境水体底部湍流对船舶气泡减阻效果影响的实验研究

为了解外部湍流流场对气泡减阻效果的影响,通过平板实验的方式,对不同水深的浅水环境进行模拟实验。通过粒子测速仪(PIV)观测平板气泡流场,结合平板在水流中的受力变化,研究不同水深湍流流场对于气泡减阻效果的影响。结果表明,气泡减阻机理之一是通过湍流抑制减阻,在非浅水环境和浅水环境下,减阻效果不同,且喷气量在浅水环境中对气泡减阻起着关键作用。

非稀疏气泡流激波传播的数值模拟研究

该文采用Godunov格式方法对激波在气泡流中的传播过程进行了数值模拟,研究单个气泡和气泡群与激波的相互作用过程。建立了一个考虑气泡间相互作用和气泡非球形变形等因素的群泡模型,验证了该计算方法对气泡和气泡流问题的有效性,模拟得到的激波波速与一维激波理论的波速接近。预报了激波在大体积分数气泡流中的传播发展过程:在气泡体积分数α=0.1时激波在气泡流区域形成一个A型激波(波面较为陡峭且激压力到达峰值之后出现振荡),而在α=0.3时激波的结果更接近于B型激波(激波压力上升较慢且有一定振荡),随着激波向下游的传播波面振幅降低向C型激波(压力平滑上升)发展,说明了气泡流对激波传播发挥了松弛作用。

天然气储层裂隙中气-液两相流的流态转变条件数学模型

气-液两相在储层裂隙中流动时可能存在气泡流、段塞流、环雾流等流态,查明流动时流态转变条件能为气-液两相流流态形成机理研究提供依据,有助于天然气井的生产管控。根据气-液两相流不同流态的流动特点,结合连续介质控制理论和动量守恒原理,构建了气泡流-段塞流-环雾状流等流态之间转变的数学模型,确定了各流态间变化的临界条件和主控因素,通过气-液运移产出微观流动物理模拟试验验证了所建数学模型的准确性。结果表明:气-液两相在裂隙中的流态转变是气/液相的物理性质、注气通道孔径、裂隙流动通道孔径、气相流体流速、液相流体流速等因素耦合作用的结果。气泡流与段塞流能否转变主要取决于初生气泡大小、流动通道空间、液相界面波高度;段塞流与环雾流间能否转变取决于气相流体能否击碎液相流体并使之悬浮。不同流态间转变的主要控制因素不同:气泡流与段塞流相互转变的主控因素为裂隙系统的孔径,注气通道孔径越大、流动通道孔径越小,越容易发生段塞流;段塞流与环雾流相互转化的主控制因素为流体流速、气/液相流体的物理性质,气/液相对速度越大、气/液密度差越小、液相表面张力越小,越容易发生环雾流。研究成果能够为天然气储层裂隙中气-液两相流态形成机理和天然气运移产出研究提供理论依据。