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。

喷雾冷却液膜流动特性测试方案优化及传热规律分析

喷雾冷却过程中,液滴-液膜-热壁面多子过程交互的强干扰体系造成液膜流动特征的捕捉非常困难,致使喷雾冷却高效换热机理还未得到本质澄清。开展了HFE-7000和HFE-7100喷雾液膜流动与传热研究,明确相机内置感光参数、快门和光圈组合、取样策略等耦合影响下的液膜流动特性测试与诊断方案,针对不同表面均取得了良好的测试效果。提出了基于标准液膜的ADD型误差分析方法,给出相关参数的偏差和随机误差,获得了不同热通量、压力和喷嘴高度下HFE-7100液膜分布和流动过程润湿面积、接触线长度等特征及规律,发现孤立液膜润湿面积随表面温度升高而降低,接触线则随温度呈现出降低或少数工况降低-升高的趋势,并探讨了液膜流动特征与传热规律的有机联系。

脱液型管式气液分离器旋流分离段内液膜流动和分离特性

脱液型管式气液分离器旋流分离段内液膜流动特性是影响分离性能的关键因素,掌握液膜流动与分离效率之间的关系对结构改进和性能提升至关重要。本文改变液气比、入口气速、分流比和旋流叶片出口角等因素开展室内实验测试,获得不同工况下液膜流动的高速摄影图像和分离效率,基于Matlab编程建立液膜表面波速度和角度的图像分析方法,确定液膜流动特性与分离效率之间的关系。结果表明,液气比在0.12~0.3L/m3范围内,液气比和分流比对分离效率和液膜表面波速度的影响不明显;入口气速对分离效率和液膜表面波速度的影响最为显著,随着入口气速逐渐增加,分离效率先增大后减小,在入口气速18.82m/s时出现拐点;旋流叶片出口角分别为30°、45°、60°时,分离效率由大到小依次为30°>45°>60°,液膜表面波速度由大到小依次为60°>45°>30°。总的来说,旋流分离管段内液膜表面波速度0.98m/s为临界值,液膜表面波速度大于该值时,环缝排液口处液膜更易发生破碎,部分破碎的大液滴在重力和气流作用下进入气相出口,导致气液分离效率显著下降;液膜表面波速度小于0.98m/s时,分离效率基本保持在98%以上。

微通道内气液流动与传质特性的研究进展

微化工过程具有高效、安全、节能、体积小和高传热传质率等方面的固有优势,其在气液非均相传质与反应强化领域表现出巨大的发展潜力。本文系统论述了微通道内气液两相流动与传质特性的研究现状,总结了微通道内气液两相流型及分布情况,从操作条件和微通道设计等方面分析了影响两相流型的关键因素,并讨论了多种因素对传质与过程强化的影响方式,对目前研究的微通道内气液两相的传质模型进行了总结分类。以气液两相在主要流动通道的流动形态为基准,分类介绍了多种气液两相微反应器的最新研究进展。文中指出进一步探究微化工过程强化方式以及开发新型气液微通道反应器仍是未来微化工研究的重点发展方向。

水平波纹管外降膜蒸发的液膜流动与换热特性分析

针对低温制冷剂R134a(C2H2F4)在水平管外存在降膜蒸发问题,运用流体体积(volume of fluid, VOF)模型与用户自定义函数(user-defined functions, UDF)数值模拟管外液膜流动与换热特性,包括液膜沿换热管(波纹管与光管)的轴向和圆周方向的流动、液膜厚度分布、液膜内气泡成核及分布等.计算结果表明:在恒热流(qw=2×104W·m-2)的波纹管与光管外壁上,R134a液膜在轴向和周向上的流动与换热均存在一定差异,波纹管外液膜在轴向上的铺展速度比光管快2.0 ms,而在周向上铺展较为均衡,且铺展速度稍慢于光管;波纹管外液膜平均厚度为0.120 mm,比光管薄7.00%,其中迎面区液膜厚度为0.119 mm,较光管薄13.14%;与光管相比,波纹管外液膜内气泡成核的起始时间提早2.6 ms,成核点数多15.32%,且分布较广,多见于周向角为55°~135°的区域;波纹管外平均换热系数比光管提高10.17%,迎面区换热系数为背面区的3.53倍.

槽参数对高温密封汽液固流动特性及性能的影响

以高温动压型机械密封为研究对象,基于Eulerian多相流模型和蒸发冷凝模型,建立涉及高温汽化、固体颗粒、黏温效应及牛顿流体内摩擦效应的动压型机械密封润滑膜汽液固三相流动模型,模拟研究槽深、槽宽比、螺旋角及槽径比对润滑膜汽化、固体颗粒分布规律及密封性能的影响关系。研究表明:润滑膜固体颗粒体积分数随槽深、槽径比的增大而增大,且在槽宽比为0.5时出现最大值,而固体颗粒体积分数随螺旋角的变化规律与转速有关;润滑膜平均汽相体积分数随槽深的增大而减小,随螺旋角的增大而增大,槽宽比为0.7时平均汽相体积分数出现最大值,槽径比在0.3以上时平均汽相体积分数随槽径比的增大而增大;槽深8μm时润滑膜汽相、固体颗粒相出现突变,槽深低于8μm时处于气相较高、固体颗粒相较小状态,槽深高于8μm时则相反;基于汽液固流动的密封性能分析表明,选用9μm左右的槽深、0.6左右的槽径比、16°~20°的螺旋角、0.3~0.4的槽宽比时对密封性能有利,采用8μm以上的槽深及小于0.5的槽宽比时,转速较高时选用较小槽径比、转速较低时选用较大槽径比时有利于抑制汽化。

燃料电池气体扩散层表面液相涌出行为

燃料电池流道内的两相分布特性对于提升燃料电池水管理能力至关重要,探究多液滴在流道表面流动行为利于优化结构及运行条件。使用流体体积(Volume of Fluid)法对液态水从气体扩散层(Gas diffusion layer)涌出到流道内的动态过程进行模拟,研究流道内气体流速、GDL表面接触角和水孔间距对水涌出过程和流动行为影响。结果表明,液滴在GDL表面经历了生长、分离、传输和碰撞凝并等过程。气体流速明显影响压降和液滴分离周期,随着气体流速增加,压降增加,液滴分离周期从14.7 ms降至4.7 ms,水去除能力显著增强,高气体流速造成液滴形态和流动情况不稳定。GDL表面润湿性改变了表面张力,影响液滴形态和流动,显著影响水覆盖率,随着接触角增大,GDL表面平均水覆盖率从20.03%降至9.01%;水孔间距对液滴碰撞周期影响大,小水孔间距时液滴在生长中发生凝并,大液滴飞溅造成流道内气流速度下降,压降和GDL表面水覆盖率产生大波动;大水孔间距时,流道内速度场受影响明显,前一液滴获得大速度后发生碰撞更易造成液滴飞溅,导致最大水孔间距时水覆盖率下降,从16.84%(D=0.8 cm)骤降至14.69(D=1.2 cm)。研究结果为流道表面接触角,GDL孔隙分布、进气条件等参数优化提供理论指导和技术借鉴,改善质子交换膜燃料电池水传输能力提高工作效率。

高温密封润滑膜汽液固流动特性数值计算分析

利用Eulerian多相流模型和蒸发冷凝模型,建立了涉及高温汽化、固体颗粒、黏温效应及牛顿流体内摩擦效应的动压型机械密封润滑膜汽液固三相流动模型,计算分析了润滑膜汽液固流动特性随工况的变化规律,以及润滑膜汽化、固体颗粒分布及密封性能的影响关系。研究表明:润滑膜汽化和固体颗粒分布均主要位于槽堰区,汽相和固体颗粒相之间存在相互制约关系;高介质温度导致的液相汽化和黏度下降使流体动压减弱,因而导致外槽根高压区不明显甚至消失。润滑膜汽化程度随转速增大呈先减小后缓慢增大变化规律,存在汽化抑制转速区且随介质温度的升高而向高速方向移动;固体颗粒体积分数在接近汽化抑制转速区时出现快速增大;介质压力增大至一定数值时出现固体颗粒体积分数迅速降至零附近的现象,且介质温度越高出现速降的介质压力越小;介质温度高于423K后,润滑膜开启力、泄漏量和摩擦扭矩均会在接近汽化抑制转速时出现由平缓变化到加速变化的过程。

正常成人中脑导水管层面脑脊液流动MRI测量:与年龄和性别相关分析

目的对不同年龄、性别的正常成人的中脑导水管层面的脑脊液(CSF)波形、流速和流量进行MRI测量分析比较。方法扫描设备为Philips 1.5T MR,采用中脑导水管MR相位对比法CSF-QF序列扫描,志愿者年龄区间在21-60岁之间,均为健康成年人,分别为21-30岁年龄组、31-40岁年龄组、41-50岁年龄组、51-60岁年龄组,每组20人,每组包含男性和女性各10人,总共为80名志愿者。然后由2名MR操作者使用MR扫描仪自配的流动分析软件,分别独立测量每个志愿者中脑导水管层面脑脊液的流体动力学数据,包括平均流量、平均流速、最大流速。结果所有志愿者中脑导水管层面的脑脊液流量或流速的变化曲线均表现为光滑平整的正弦波形。一致性检验显示2名MR操作者所测量的流体动力学数据的一致性良好(信度系数为0.97-0.99),继而采用2名MR操作者所测量的中脑导水管层面脑脊液的流体动力学数据的平均值做统计学分析。分析表示在各年龄组内,其男性与女性脑脊液的平均流量、平均流速、最大流速均无统计学差异(P>0.05);男性在不同年龄组间,其脑脊液的平均流量、平均流速、最大流速均无统计学差异(P>0.05);女性在不同年龄组间,其脑脊液的平均流量、平均流速、最大流速均无统计学差异(P>0.05)。结论在21-60岁的正常成人中,其中脑导水管层面脑脊液流动的MR测量具有良好的可重复性,其平均流量、平均流速、最大流速均不受年龄和性别影响。

限矩型液力偶合器内部两相流动数值模拟

限矩型液力偶合器内部存在着复杂的气液两相流动,为掌握限矩型液力偶合器内部流场分布及转矩特性变化,分别采用VOF(Volume of fluid)与Mixture两相流模型对偶合器内部流场进行模拟计算,并对其转矩特性进行监测。通过VOF模型获得的偶合器内部气液两相分布情况和通过Mixture模型得到的其内部压力速度分布图能够较好地反映偶合器内部流场变化情况。仿真结果表明:VOF模型能够较好地模拟出偶合器因流态转变而造成的转矩跌落情况,Mixture模型不能模拟出该效果,但在高、低转速比工况下模拟的转矩值仍具有一定参考意义。

受限管道内移动气泡的液膜界面形貌研究

受限管道中的气泡移动在诸如二氧化碳填埋与驱油、心脑血管和肺部气液输运等领域具有重要的应用,液膜动力学以及气-液界面的形貌演变这些关键问题受到关注.文章旨在通过基于光干涉的实验方法,探究气泡在受限管道内移动过程中,气体与管壁间的液膜相对厚度分布,并分析其变化规律,得到周期性变速移动气泡引起的液膜厚度特征.通过液滴微流控的流动聚焦法,分别在蛇形延长管道和平直短管道内形成了匀速移动的气泡和变速移动气泡.利用绿色光在气-液和液-固界面产生的两道反射光之间干涉所形成的条纹,通过相对光干涉强度(ROII)方法得到液膜厚度分布.发现在与气泡固连的参考系中,匀速移动气泡引起的液膜厚度呈稳态分布,且得到了与以往的研究工作相符的、接近气泡尾部的马鞍形厚度分布,证明了该实验方法的有效性.在气泡进行周期性减速—加速—匀速的移动过程中,气泡参考系内的液膜厚度呈现了随时间周期性变化的厚度分布.气泡加速与减速均引起了界面形貌的整体变化,且体现出了滞后性.本研究发现了变速移动气泡特殊的液膜厚度演变规律,将为针对受限管道内气泡的理论和计算研究提供实验观测的依据.

氢燃料电池复合流场中气-液传输对极化特性的影响

为了明确氢燃料电池极板内气-液流动规律,提高氢燃料电池的输出性能,优化电池输出特性,设计径向流通蛇形流场方案,仿真分析流场分路和面积对气-液传递及电池输出特性的影响。仿真结果表明:在不同分路数量的流场中,3条分路的流场结构水堵塞面积更小,更利于氧气传输,输出性能更佳,电流输出范围比5条分路扩宽14.1%,但在电流密度较大时流场内部气体输送不及时,功率输出受浓差极化电压的影响较大;流场面积主要影响欧姆控制区和浓差控制区,大面积流场在欧姆控制区输出性能较好,小面积流场在浓差控制区输出性能较好。

RH真空精炼装置内钢液流动行为的数值模拟

考虑ＲＨ真空槽与钢包的整体性，从ＲＨ上升管吹Ａｒ这一基本现象着手，建立了描述ＲＨ装置内钢液流动行为的三维数学模型，考察吹 Ａｒ量和浸渍管参数对 ＲＨ装置内钢液流动和循环流量的影响．

PC-MR不同解剖定位测量中脑导水管脑脊液流动的可复性研究

目的探讨同一解剖位置不同检查者测量结果间的相关性及可复性。方法选取32例健康志愿者,其中男15例,女17例,年龄18～30岁,平均(25.4±3.4)岁。应用3.0TMR两次测量中脑导水管不同解剖位置的脑脊液(CSF)流动。由两位医师先后对同一志愿者进行独立扫描,所有图像由另一医师进行后处理。选用T2WI正中矢状面定位,先后垂直导水管入口段、中间段、出口段进行扫描。在导水管显示面积最大的幅度图像上沿其边缘绘制ROI,重复3次取其结果平均值。取收缩期向下峰值流速(PPV)、舒张期向上峰值流速(PNV)及绝对每搏出量(ASV)进行对比分析。取2位医师测量结果的平均数用于比较不同解剖定位对测量结果的影响。结果不同解剖定位间平均PPV、PNV存在统计学差异,上段高于下段(P<0.05),两两均数比较,入口段与出口段流速存在差异(P<0.05);而ASV三者间无差异(P>0.05)。不同医师测量相同解剖定位时,两次PPV测量结果相关性以中间段最高,相关系数r=0.94,出口段r=0.82,入口段r=0.78。结论①中脑导水管不同解剖位置的CSF流速存在差异,上段流速高于下段,而ASV无差异;②导水管中间段测量结果可复性最佳,可作为理想的测速位置。

连铸中间包内钢液流动特性及控流技术

中间包内钢液的流动状态对钢中夹杂物的去除效率影响较大。增加中间包容量可使铸坯内弧一侧Al2 O3 总量显著降低 ,在中间包使用挡墙和坝可减少内、外侧钢流温度差和拉漏发生率 ,去除钢中夹杂物。过滤器、湍流缓冲器和旋涡控制装置等相关技术的应用均提高了铸坯的清洁度。

筛孔塔板上气液流动及传质过程的数值模拟

研究了精馏操作涉及的板式塔塔板上气液两相错流过程 ;通过分析气液两相的作用机理 ,建立了能够考虑气相增强液相湍动的塔板液相流场计算模型 .计算结果与实验结果能够描述筛孔塔板上液相的实际流动情况 .并与传质方程联立求解 ,给出了塔板上液相的浓度分析结果 .

功能表面材料与流体界面相互作用对垂直降液膜流动特性的影响

通过调节水温度、添加表面活性剂以及铝合金壁面表面改性处理来改变降膜流体与固体表面之间的表面自由能差值,运用JDC-2000型精密测微仪测定垂直降液膜的厚度,研究固体表面和液体间相互作用对流体垂直降膜流动特性的影响;考察了液膜雷诺数、流体温度、添加表面活性剂、固体表面材料物理化学性质等因素对垂直壁面降液膜流动特性的影响规律。实验结果表明:改变固体表面与降液膜流体的物理化学特性,即改变固液界面的相互作用能够改变流体的降膜流动特性。降液膜平均厚度随液固表面自由能差的增大而减小。

离心泵叶轮内气液两相三维流动数值研究

本文采用欧拉模型对离心泵叶轮内气液两相泡状流动进行了数值模拟。分析了叶轮内压力、速度等的分布规律,发现在靠近轮盖侧吸力面入口附近压力较低,气液两相速度较大,气泡容易凝聚而导致含气率较高;靠近轮盘处含气率较低。分析了不同进口截面含气率对叶轮内部两相流动的影响机理,建立了进口截面含气率对内部相态分离及泵外特性的影响关系。

异形坯连铸结晶器内钢液流动状况的三维数值模拟

建立了异形坯连铸过程中结晶器内钢液三维湍流模型 ,开发了计算程序 ,并用它研究了马鞍山钢铁公司 5 0 0 m m× 40 0 mm× 12 0 mm异形坯连铸结晶器内的钢液流动情况 ,重点分析了水口结构和工艺参数变化时异形坯结晶器内涡心深度的变化规律以及液面湍动能的分布状态。结果表明 :水口夹角为 12 0°时 ,结晶器内流场分布较为合理 ;水口宜上倾 ,且倾角不宜超过 15°;涡心深度和液面湍动能均随拉速的提高而增大。该模拟结果对现场生产具有重要指导意义。

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．