关于弯曲界面气液两相相平衡化学势相等热力学判据的讨论

弯曲界面气液两相相平衡时化学势相等的热力学判据见诸于大量教材和论文。本文对现有教材中关于该判据的推导过程进行了分析,认为该判据的证明过程存在问题。为解决该问题,本文从化学势的定义出发提供了一种化学势相等热力学判据的新证明过程。同时,本文还依据吉布斯界面热力学理论建立了另一种弯曲界面气液两相相平衡的热力学新判据,并以此为基础进行开尔文公式的推导。新判据直接从热力学第二定律出发,热力学意义明确,物理模型清晰,整个推导过程简洁明了。

气液两相泡状流界面浓度的研究

用双头电导探针对水平管泡状流局部界面参数进行了测量。用概率统计方法对测量结果进行了处理 ,计算了气泡速度、气泡直径、气泡频率、界面浓度等局部参数。结果表明 ,界面浓度沿径向的分布与气泡频率沿径向的分布类似 ,都是靠管上壁较大、靠管下壁较小。其峰值都在距上壁r/R =0 .75— 0 .95之间。与直接用探针测得的速度计算结果比较 ,速度要高 0— 8.7% ,界面浓度要大 0— 35 .2 %。

预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法

针对水平管气液两相分层流界面剪切应力的预测,建立了基于计算流体力学(CFD)方法的剪切滑移壁面模型,即将气液界面处理为固定的具有均匀剪切应力的水平滑移壁面。利用FLUENT软件模拟了气相流动,气液界面采用剪切滑移壁面边界条件,通过对比实验测量的气相流场分布得到气速和界面剪切收敛值,并由收敛值拟合得到界面摩擦因子与气相雷诺数的关联式。应用这一关联式的预测结果与实验间接测量值吻合较好,并且在气、液相雷诺数9 400≤ReG≤50 000和21 000≤Re_L≤30 000范围内优于Taitel和Dukler与Sidi-Ali和Gatignol模型。表明剪切滑移壁面模型可以有效地控制关键参数,提高预测效率和精度,为CFD方法预测气液两相分层流界面剪切应力提供了新的思路。

界面作用对气液两相分层流的影响

介绍了几种考虑了界面间相互作用的分层流分析模型和实验结果。在气液两相分层流系统中,界面间的相互作用对动量转换、预测压降和持液率等都有影响。当气相速度超过产生界面波的气相速度时,界面摩阻系数随气相速度线性增加,而且比例系数与管径关系不大。液体粘度及流速对界面摩阻的影响是次要的。流动性质对界面摩阻的影响与波的性质相关。无论气体还是液体,其雷诺数对界面波动稳定性有重要影响。

气液两相分层流动相界面迁移的数值模拟

采用高精度差分格式求解原始变量不可压缩Navier-Stokes方程和Level-Set方程,对二维的两壁面间的气液两相分层流动进行数值模拟,分析气、液雷诺数对界面的迁移、演化过程的影响。结果表明:随着流体沿流向流动,界面扰动波幅值和扰动波及的范围逐渐变大,左右两侧界面非对称地发展,界面呈现出了钉子结构和泡状结构;气相与液相雷诺数对界面迁移变化的影响规律相同,只是在管中流动产生的界面形状有差异,液相雷诺数的增加使得界面波动更加剧烈。

微重力下两相控温型储液器内气液界面仿真分析

两相控温型储液器对机械泵驱动两相流体回路的稳定运行起到关键作用,而储液器内部气液分布状态是其控温性能的决定性因素之一。在轨微重力条件下,储液器内两相流动特性与地面状态差别巨大,这将给储液器的设计带来较大难度。针对两相控温型储液器在轨微重力下的两相工质分布特性,通过计算流体力学(CFD)方法对其内两相流动行为进行数值模拟。通过使用连续表面张力模型计算表面张力,使用多相流计算的流体体积分数方法对两相控温型储液器内气液界面形态的发展进行了追踪预测,并与理论解进行对比,结果吻合一致。通过对两相控温型储液器在不同Bond数、接触角、工质充灌量等参数下的仿真分析,得到了不同条件下储液器内气液运动及分布情况,结果表明:两相控温型储液器内气液界面状态与储液器尺寸、壁面浸润性、工质充灌量相关。研究结果可以为微重力下两相控温型储液器内气液界面的控制提供理论依据,并能指导储液器研制及在轨应用。

气液两相管流相界面检测及数值模拟研究进展

准确识别相界面结构形态是相界面力学分析的基础,也是研究气液两相流动规律的一种重要技术手段。针对动力、能源、化工、医药及航空等领域气液两相管流的相界面拓扑性强、变化速度快、实现准确测量难度大等特点,开展了气液两相管流相界面检测技术和数值模拟方法的综述研究。相界面检测技术主要有电容法、电导法、光导法、射线法、热学法、声学法、核磁共振法以及近年来发展起来的金属丝网传感器检测技术、过程层析成像技术和高速粒子成像技术;数值模拟方法有PIC法、MAC法、ALE法、VOF法和Level-Set法等。通过对比分析各种方法的优势和局限性,提出了气液相界面的追踪检测技术的研究策略和发展趋势,可为气液两相流的研究提供有益参考。

气－液两相界面上的热质传输过程

根据气－液相界面上的不平衡效应，分析了鼓泡蒸发冷却循环水的原理及实现的条件。也阐述了确定装置主要流体力学控制参数的方法。

气液两相滑动弧等离子体处理甲基紫

采用气液两相滑动弧等离子体降解甲基紫溶液,研究了溶液初始pH值、载气类型、溶液初始浓度对甲基紫降解的影响,并探讨了甲基紫的降解机理.结果表明,300mg/L的甲基紫溶液,经4次循环降解后(20min),降解率达99%,COD的去除率达83%.初始溶液的pH值对甲基紫的降解几乎没有影响.分别以空气、氧气为载气,其降解率差别不大.甲基紫降解率随溶液初始浓度增大而降低,但绝对降解量随溶液初始浓度增大而增大.从能效比考虑,滑动弧等离子体适合降解高浓度的有机废水.对降解前后的紫外-可见光谱、红外光谱及GC-MS结果分析表明,甲基紫的共轭结构被破坏,但溶液中仍有少量含苯环的化合物以及酸等小分子化合物存在.

两次相平衡/顶空气相色谱法测定水中氯代苯

提出了两次相平衡 /液上气相色谱法测定水中氯代苯类方法。推导了两次气液非等体积平衡 ,只分析气相就可测定气液分配常数和水相浓度的理论关系式。研制了可变相平衡器。实测水中 4种氯代苯的回收率在 98%～ 1 0 8%之间 ,测定相对标准偏差小于 1 0 % ,检测限范围在 0 .0 0 3～ 0 .

气液两相流数值求解过程中虚假流动问题研究

基于静止液滴问题,对气液两相流数值求解过程中的虚假流动问题进行了研究。对虚假流动的涵义和特征进行了描述和分析,研究了表面张力、液体粘度等因素对虚假流动的影响。研究发现,计算域中虚假速度平均值与计算时间之间存在特定函数关系,并通过曲线拟合给出了相应的函数表达式,从而为虚假流动的削弱和消除提供了一个方法。分析了虚假流动成因,指出相界面迁移过程追踪方法的改进可有效削弱虚假流动现象,并通过CLSVOF方法与VOF方法模拟结果的对比对该结论进行了验证。

气液两相流工况下泵内气相特征数值计算

为研究叶片泵内气相的分布、运动规律,应用计算流体动力学方法对气液两相流工况下叶片泵内流场进行数值模拟,并通过试验进行验证.基于MUSIG模型对泵内气液两相流动进行了数值计算,同时采用Prince-Blanch模型和Luo-Svendson模型描述气泡聚并和破碎过程,揭示了压力分布、不同尺寸气泡分布和气泡平均直径分布.研究结果表明:随着进口气体体积分数的增大,靠近叶片吸力面流道内低压区面积逐渐增大,叶片吸力面气相聚集区和尾迹区内气体体积分数增大,高气相体积分数区域面积扩大,泵内各处气泡平均直径都增大;当进口气体体积分数达到3%时,叶片吸力面较大面积区域内气体体积分数超过80%,蜗壳近壁区气体体积分数低于1%;叶片吸力面气相聚集区内主要是大直径气泡,叶片吸力面气相尾迹区、蜗壳近壁区和蜗壳出口段内主要为小直径气泡;叶片吸力面流道存在气泡平均直径较大的区域.

低温气液两相流动态模拟及实验研究

采用准平衡动量方程和动态连续方程描述气液两相流动态特性,设计了低温气液两相流实验装置,论述了气液两相流动态模拟计算过程,并根据实验数据进行了模拟计算。

基于两次相平衡的静态顶空-气相色谱仪一体化性能确认方法

建立了静态顶空-气相色谱-氢火焰离子化检测器(FID)一体化性能确认的新方法.基于两次相平衡原理,以乙酸乙烯酯为标准物质,分析平衡状态下的气相即可测定气液分配常数、顶空实际进样量及FID的检测限.确认的静态顶空-气相色谱-FID仪器检测限为0.19 ng/s,保留时间的RSD为0.06%,峰面积的RSD为0.27%,符合相关技术要求.方法操作简单、结果可靠,解决了静态顶空-气相色谱-FID性能确认工作中测定顶空实际进样量的难题,为仪器设备维修后性能核查、周期检验符合性核查及样品检测方法确认提供技术支持.

多组分烃类混合物气液两相流格子玻尔兹曼模型

针对传统格子玻尔兹曼模型无法处理真实多组分混合物气液两相流的问题,提出了一种新的基于四参数(临界温度、临界压力、偏心因子、体积修正因子)状态方程的多组分格子玻尔兹曼模型。模型首先使用烃类混合物状态方程计算混合流体间作用力,并提出一种将混合流体作用力分配给各流体组分的方法,从而计算出混合流体中各组分所受作用力,再使用精确差分方法将组分作用力引入格子玻尔兹曼模型。同时为正确反应黏度变化对多相体系流动过程的影响,引入LBC(Lorentz-Bray-Clark)黏度模型计算混合流体的黏度。利用该模型,分别模拟了甲烷、乙烷、丙烷等多组分气液两相共存问题。新模型计算结果与使用逸度平衡方法获得的理论解吻合度较高,验证了新模型的正确性。

基于欧拉-欧拉方法的气液两相流数值模型发展综述

深海油气多相混输系统内部油气混输本质上是一种高压高含气率的气液两相流问题。现如今多采用欧拉-欧拉方法对该问题进行数值研究,然而该方法的准确性依赖于相间力模型与群体平衡子模型的构建与选择。因此,本文对现有的相间力模型进行了总结,主要包括曳力、升力、壁面润滑力、湍流扩散力、虚拟质量力,并对相关模型的理论与发展进行了阐述,总结了压力以及高含气率下泡群对相间力模型的修正方法。此外,考虑到高含气率工况下气泡与气泡之间的相互作用,针对气泡群体平衡模型进行介绍,对气泡的破碎与聚并模型进行了梳理,总结了高压情况下群体平衡模型的修正思路。以期对深海高压高含气率环境下的气液混输模拟计算提供借鉴。

湍球塔气液相界面结构及传质面积

湍球塔因其防堵塞、强湍动、传质面积大等特点,可作为烟气氨法脱碳后用磷石膏浆料净化尾气微量氨的气液传质设备。本文基于湍球塔液滴团聚分散理论研究了液滴和液膜形成的气液相界面结构,并得到气液传质面积的数学模型。在磷石膏浆料吸收氨法脱碳尾气微量氨的湍球塔实验装置中,在气体Re_g157~475、液气比1~6范围内进行实验研究,从实验数据回归得到的气液传质面积与理论计算值吻合。结果表明,湍球塔气液传质面积以团聚分散的液滴为主,湍球表面积占比不足25%。

气液两相搅拌器的研究进展

鉴于气液两相操作的广泛应用及气液两相搅拌器的迅速发展 ,本文综述了这方面的进展情况。重点对气液两相搅拌器的发展历史及典型气液两相搅拌器的特点进行了介绍与评价 ,同时阐述了气液两相搅拌器在未来的发展方向 ,并就国内的研究现状进行了简单概述。

追踪不可压缩两相流相界面的CLSVOF方法

根据CLSVOF方法的基本思想,将VOF和Level Set两种方法结合起来,用于追踪不可压缩两相流相界面的计算。通过对经典的两相流流动问题的计算,研究了CLSVOF方法对对流输运方程和动量输运方程计算精度的影响,并与VOF方法和Level Set方法进行了对比。研究结果表明:求解对流输运方程时,CLSVOF方法的计算精度明显高于Level Set方法;求解动量输运方程时,CLSVOF方法产生的虚假速度接近于0,基本克服了利用VOF方法求解动量输运方程时的虚假速度势问题。

航空发动机轴承腔内油气两相分布数值计算

主轴承腔是航空发动机润滑系统油气两相流的重要区域,了解滑油及密封空气在腔内的分布预测对于认知腔内两相流动具有重要的意义。利用VOF数值计算模型对某航空发动机轴承腔简化模型内油气两相流进行了数值计算,定义无量纲数β+用来分析腔内两相分布。计算结果与现有实验数据符合良好。给出了滑油在腔内的相界面分布,描述了腔内的油膜分布及运动,并且分析了无量纲数β+在腔内周向分布及出口处随着转速及滑油进口流量的变化规律。