RH真空精炼系统气液两相循环流动的均相流模型

提出一种修正的均相流模型,即在模型的含气率守恒方程中引入气相水平滑移速度,该速度只存在于喷嘴附近的区域,其物理作用是将气体导入流体中.计算实践表明,修正的均相流模型能够解决侧吹装置中的气液两相流动问题.同水模型的实验观察比较表明,该模型模拟的气相分布特征同水模型观察结果符合较好.

蒸汽发生器一维均相流模型及其换热性能

以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,在合理假设基础上,分别以一回路流体、二回路流体及U形管内、外壁为研究对象,建立了蒸汽发生器一维均相流模型。采用Jacobi迭代法编制了基于MATLAB的仿真程序,对蒸汽发生器不同工况下的稳态换热性能进行计算,得出各流程关键参数的变化规律,计算结果与大亚湾核电站实际运行数据相吻合。计算结果揭示了蒸汽发生器的内在传热规律,可为蒸汽发生器优化设计提供一定的理论依据。

水平管气-液两相变质量流的均相流模型

与常规管中气-液两相流动不同,水平管气-液两相变质量流动存在沿程管壁入流。在水平管单相变质量流动试验研究的基础上,考虑了管壁入流对管壁摩阻系数的影响,提出了孔缝管管壁摩阻系数相关式。将气-液两相混合物看作均匀介质,使水平管气-液两相变质量流的均相流模型的基本模型等同于单相变质量流的流动模型,重点研究了气-液两相变质量流均相流模型中流动参数的混合规则,提出了新的气-液两相粘度混合规则。对气-液两相变质量流的均相流模型进行了试验验证,研究结果表明,气-液两相变质量流的均相流模型预测结果可以满足工程计算精度的要求。

基于均相和分相流模型的干度计量方法

通过对气液两相流中均相流和分相流模型的分析 ,推导了一个双节流元件组合式的两相流干度测量公式 ,分析了公式的适用范围。设计了垂直上升孔板和垂直下降文丘利管串联相组合的实验验证装置 ,并以空气和水为工质进行了实验研究。实验研究表明 ,在环状流区垂直下降文丘利管的压降特性非常接近于均相流模型的计算结果 ,而垂直上升管内孔板的压降可用修正的均相流模型来计算。此方法在本次实验的干度范围内测量值均方根误差为 7%。

异丁烷绝热毛细管流动均相流和分离流模型对比

毛细管作为一种膨胀装置在小型制冷系统和热泵系统中得到了广泛的应用。尽管毛细管具有简单的几何形状,其中的绝热流动却是极其复杂的。本文对模拟异丁烷(R600a)在毛细管中绝热流动的均相流动模型和分离流模型进行了对比研究。研究了不同的摩擦系数和两相黏度关系式的组合以及亚稳态流动对流动特性的影响。结果表明,采用分离流模型时预测的质量流量较低。分离流模型在预测超过2 kg·h^(−1)的质量流量时表现较好,Colebrook摩擦系数关系式结合Dukler或McAdams黏度关系式得到的偏差较小,在忽略和考虑亚稳态流动的情况下分别为5.43%,5.49%和5.44%,5.43%。此外,采用Bittle和Pate摩擦系数和Dukler黏度关系式的均相流模型在低于2 kg·h^(−1)的质量流量范围内具有最高的精确度,不考虑亚稳态流动情况下的平均误差为4.12%,考虑亚稳态流动情况下的平均误差为3.37%。

矩形小通道内空气-水两相流动均相流模型研究

在机玻璃竖直矩形通道内,以空气和去离子水为工质获得实验数据。据此对竖直矩形小通道内均相流模型的适用性进行评价。结果表明,采用McAdams两相粘度时均相流模型及Chen等提出的修正均相流模型能较好用于1.41 mm间隙通道压降的预测,平均绝对误差分别为10.92%和12.20%;采用McAdams两相粘度时均相流模型对于3 mm间隙通道在两相雷诺数Re大于6000时平均绝对误差为10.04%,但气-液两相Re较低时预测偏差较大。通过实验数据分析得到了均相流模型适用于3 mm间隙通道的范围;针对两相Re较低的区域拟合得到了新的经验关系式,其预测值与实验值符合较好。

气液两相瞬变流的流固耦合模型研究

传统的气液两相流瞬态分析和管道动力响应计算是分开的,存在一定的缺陷.针对石油工业中常见的多相混输问题,介绍了常见的气液两相流瞬态模型和流固之间存在的耦合机理,在不作薄壁管假设的前提下推导出了气液两相瞬变流的流固耦合模型.与现有相似模型的对比分析表明,这一模型比较全面地考虑了流体和管道的特性以及不同的耦合形式,可以适应实验和/或仿真研究的需要.

气液两相流的网络模型探讨

运用网络理论 ,针对气液两相管网流动进行了机理上的探讨。并基于均相流模型 ,推导出无损管路和平均摩擦管路条件下气液两相流的网络参数———阻抗和导纳的表达式。对于不适于均相流模型的流型的模型给出了一些建议。

鼓泡塔中液体循环的拟均相模型

本文阐明了鼓泡塔中液体循环的拟均相流体的概念．根据这一概念和前文（ＬｕｏａｎｄＳｖｅｎｄｓｅｎ１９９１）所建立的方法，提出了一个改进模型并讨了如何确定模型参数的方法，对于低粘性和高粘性流体，本模型的计算结果都与实测结果吻合较好．

水平圆管中气-液两相流动的压降

以气 -液两相流动的均流模型为前提 ,根据稳定一维流动的基本方程推导出了水平圆管中气 -液两相流动的压降计算关系式 ,并提出了数值求解方法 ,给出了计算实例 .

SMV静态混合器内气液两相流压降的研究

以气-液两相流动的均相流模型为前提,运用流体力学计算软件对SMV静态混合器中的气液两相流的压力场进行模拟计算,分析其压降的规律,并与水平直圆管内压降和混合器内单液相流压降做了对比分析。结果表明:气液两相流流经SMV混合器的沿程压降及局部压降均随着雷诺数的增大呈现明显增大趋势,且管路总压降与元件数成正比;静态混合器两相流压降远远大于水平直圆管压降,当雷诺数在800～40 000间变化时,前者是后者的5到80倍;气含率低于5%时两相流摩擦压降倍率随着雷诺数的增大呈现微弱的增大趋势。

油水两相管流理论的研究进展

综述了油水两相流动分层流流型压降理论和分散流流型压降理论的研究进展。对于分层流流型压降理论,着重介绍了研究相对较成熟的双流体模型,其关键在于油水两相界面摩阻因数的计算;对于分散流流型压降理论,介绍了均相流模型,其关键在于油水两相混合液粘度的计算。分析了油水两相管流理论研究存在的问题,提出了针对实际生产需求亟待开展的理论研究方向。

水平圆管三相流压降的计算

以气液两相流为基础,依据稳定一维流动的基本方程推导出了水平圆管基于分相流和均相流2种流动模型的三相流压降的计算式,并给出了计算实例,总结出了气相含量与压降的关系,得出了气体质量含量不超过15%时对管道压降影响很小的结论,表明流体流动阻力不因加入气体而增大,从而有利于延长管道排距。

声空化条件下传动液体积弹性模量的时空演变

传动液体积弹性模量代表介质的抗压缩能力,其动态变化会影响传动系统的精准调控。以含有空气和蒸汽的ISO 4113试验油为研究对象,建立传动管内体积弹性模量均相流模型和动态模型,考虑由传动液压缩引起的温度变化以及空化效应(空气空化、蒸汽空化和伪空化),在Roe格式分解和Steger Warming通量分裂法的基础上提出一种新的数值求解方法来预测不同空化区中压力和含气率的变化,并预测体积弹性模量的时空演变。讨论压力、含气率和温度对动态体积弹性模量的影响,并比较两种模型之间的区别。结果表明:在低压区,两种模型对动态体积弹性模量的预测结果基本吻合;当压力小于1 MPa,动态体积弹性模量随压力增大而增大,随初始含气率增大而减小,而初始温度对其影响不明显;当压力在1~10 MPa内,动态体积弹性模量随压力增大而快速增大,随初始含气率和温度增大而减小,其变化率不断减小;在初始含气率小于5%的条件下,动态模型预测的动态体积弹性模量-压力曲线更平滑;当压力大于10 MPa,在均相流模型中,动态体积弹性模量随压力增大呈线性缓慢增长趋势,而在动态模型中,由于气体不断溶解,动态体积弹性模量随压力增大而趋于稳定。对比发现,均相流模型适用于低压条件,而动态模型在高压区也同样适用。

垂直管道内液-固两相流动的压降和相分布特征

为得到垂直管道内液-固两相的流动特征,采用电阻层析成像方法对流动的相分布和含率等进行测量,并采用无量纲参数对流动的压降进行分析。研究表明,垂直管道内液-固两相流动中固相颗粒均呈非均匀分布,且浓度呈近似轴对称分布;不同颗粒粒径的液-固两相流动中的相间速度滑移程度不同;液-固两相流动中,粒径较小固相颗粒的掺入可有效降低流动的摩擦压降,具有湍流减阻的作用,而由于粒径较大固相颗粒间存在频繁碰撞,会增加流动压降;对于相间速度滑移较小的液-固两相流动,可采用均相流模型对流动的压降等参数进行精确计算,为准确预测液-固两相流动的压降,合理设计海洋资源生产及输送系统提供理论依据。

基于传热分区的直流蒸汽发生器换热性能仿真

针对直流蒸汽发生器二次侧复杂的流动与换热过程,为准确研究其内热力参数空间分布规律,将其分为预热段、过冷沸腾段、饱和核态沸腾段、强制对流蒸发段、缺液段、过热段,基于分布参数法建立了直流蒸汽发生器一维均相流数学模型,并自主开发了可实现自动分段计算的直流蒸汽发生器MATLAB仿真程序。仿真结果表明,基于传热分区的模型能准确预测不同工况下壁温飞升的幅度、位置及各传热区域传热管的长度,得到直流蒸汽发生器工作恶劣区域。所得结果可为预防直流蒸汽发生器超温爆管等事故提供理论支持。

一次扰动下直流蒸汽发生器动态换热性能仿真

考虑了缺液区的存在,将直流蒸汽发生器的二次侧相变过程划分为五个传热区域,采用分布参数法建立一维均相流模型,针对一次侧冷却剂入口条件变化的工况进行仿真,分析直流蒸汽发生器内的蒸干现象和一、二次侧参数的动态响应特性。仿真结果表明,当一次侧冷却剂的入口焓值下降5%时,出口蒸汽无法达到过热,预热段和核态沸腾段长度大幅增加,蒸干点后移9.14 m;一次侧入口流量下降,出口蒸汽过热度降低,蒸干位置最大后移约2.42 m。

管内的油-气两相流动的程序设计和计算

针对管道中的油-气两相流动,基于均相流模型,使用Fortran语言编制程序,采用SIMPLE算法,对管道的各个方程进行离散化,并对其模型进行求解,得到管内的速度场和压力场的分布,通过图形化的方式将管内的各个参数显示。为了开发管内两相流动的软件,对自行编制的程序所计算出的结果与Fluent软件的计算结果进行了比较,通过比较可以看出,建立的数学模型能够较好地描述管内的压力和温度的分布,其计算精度可以达到90%,能够较好地反映管道内流体的流动情况。

垂直下水管中气液两相流动特性分析

由于山区水资源空间分布不均,我国边远山区存在结构性缺水的问题。低落差河流环境下液气泵系统是解决该问题的一个有效方案,而垂直下水管及其涉及的气液两相流动特性是其重要的组成部分及关键技术。基于提出的均相流模型和多工况试验数据,对垂直下水管中的气液两相流运动特性进行了进一步研究。重点研究了能够反映垂直下水管中的气液混合程度的关键参数与各个影响因素之间的关系。通过试验结果与解析解的对比,进一步分析并论证了均相流模型存在的不足和试验设计的欠缺之处,为垂直下水管道直径的选取提出了建议。

核动力蒸汽发生器均相流模型及其动态仿真

为明确核动力蒸汽发生器水动力特性,对蒸汽发生器进行了实时动态仿真,详细分析其内部工质的流动换热特性。在合理假设基础上,根据蒸汽发生器的热工水力过程对其进行了控制体划分,基于集总参数法建立了一维均相流动态数学模型。采用Simulink仿真模块对蒸汽发生器不同工况进行了稳态和动态仿真。稳态运行结果与实际运行参数的最大误差为3.2%,在100%负荷阶跃降至70%负荷及在100%负荷时冷却剂温度阶跃降低10%这2种情况下,动态仿真结果很好地预测了冷却剂出口温度、出口质量含汽率等参数的动态变化特性。计算结果和实际运行数据相符,表明了所建立数学模型及采用仿真方法是正确的,可为蒸汽发生器的实际运行提供理论指导。