聚丙烯酰胺对高黏油-水环状流流动特性的影响

针对稠油水环输送的水环流动改进问题,提出稠油流动边界层在聚丙烯酰胺(PAM)水环作用下的模拟实验方法,基于自主研发设计的室内油-水两相流可视化环道实验装置,采用500#白油模拟旅大稠油,实验研究了稠油-水环状流外环水相中添加PAM前后的流型特征与阻力特性,评价了PAM对水环润滑的协同减阻效果,分析了PAM对水环流动稳定性的作用机理。实验结果表明:PAM对稠油-水环状流的流型特征与阻力特性均有显著影响,使环状流的分布区域缩小,其缩减区域转变为分层流和塞状流,当其为分层流时减阻作用丧失;当油相表观流速为0.23~0.90m/s时,PAM减阻率随含水率增加先迅速增大后缓慢减小,在测试范围内最高达35%。研究结果可为稠油水环输送工艺优化提供理论指导和技术支持,也可为稠油管输流动改进提供新理念与新方法。

油水环状流截面相含率超声衰减法测量

为研究超声衰减法测量油水环状流截面相含率问题,采用COMSOL仿真软件建立油水环状流模型,选择超声传感器结构尺寸6mm和超声发射频率1MHz进行研究,通过分析油水环状流超声衰减特性,确定油水环状流的超声衰减系数与截面含油率关系,并获得线性关系的测量范围。在此基础上进一步研究非理想环状流相关参数对超声衰减特性的影响,并提出将非理想环状流差别阈限用于定量评价非理想环状流因素对于理想环状流超声衰减法的影响,获得非理想环状流差别阈限±10%以内同心度和椭圆度的变化范围。最后开展了油水环状流静态验证实验。研究结果表明:油水环状流截面相含率在5%~30%范围内,与超声衰减系数呈线性关系,同时在此范围内,非理想环状流差别阈限在±10%以内的同心度和椭圆度变化范围分别为0.75~1和0~5%,实验结果和仿真模拟结果具有近似的上升趋势。

瞬变运动条件对竖直管内搅混流向环状流转变边界的影响研究

船舶在航行过程中处于海洋瞬变运动环境,两相流动常处于瞬变运动状态,两相流型可能与陆基条件时不同,进而影响流动传热特性,准确判别瞬变运动条件下两相流型对两相阻力和传热的计算具有重要意义。本文针对摇摆和升潜两种典型海洋运动条件,引入运动产生的瞬变外力场,构建了瞬变运动条件下搅混流-环状流转变准则,该准则也可适用于竖直向上和倾斜流动。通过静止和瞬变运动条件下实验数据对转变准则模型计算结果进行了验证,与实验结果符合很好。通过对转变准则进行分析,绘制了搅混流-环状流转变曲线,获得了运动参数对流型转变边界的影响规律。

窄矩形通道内环状流周期性携带特性研究

开展窄矩形通道内环状流周期性的携带特性研究,能为反应堆的事故处理提供数据和理论支撑。本研究开展了窄矩形通道中环状流周期性携带特性实验,通过高速摄影图像数据观察对携带过程的不同区域行为进行了辨别,结果显示携带过程的每个周期由携带起始区、完全携带区、液膜反转区和液相下行区共4个区域组成。对不同携带区域在整个周期内的时间占比进行了计算,讨论了液相流速和气相流速对不同区域时间占比的影响,并定性分析了其影响原因。通过引入多尺度排列熵分析方法对窄矩形通道内环状流进行了分析,结果显示,当气相折算速度较小时,整体环状流排列熵呈无序状;当气相折算速度较高时,随着气相速度的增加,整体排列熵逐步降低。根据分析结果研究了将多尺度排列熵的“无序”向“有序”的转换点作为含液相下降段和完全上升段转折点的可行性。

脉动环状流作用下输流管道的非线性振动特性分析

输流管道内流体的脉动是造成管道系统失稳的重要因素。对于环状流虽然气、液两相速度相差很大,但液相介质流动特性对管道振动特性的影响不容忽视。为了分析环状流液相介质的脉动对管道非线性振动的影响,建立了管道横向振动模型。模型方程利用Galerkin法进行离散,同时采用四阶Runge-Kutta迭代方法求解。分析了包括固有频率、临界气速、分岔、混沌等基本动力学特征。研究结果表明,表观液速增加不仅导致系统固有频率显著下降而且使得系统的临界气速下降。当不考虑液相脉动时,只观察到Pitchfork分岔,表观液速由0.2 m/s增加到0.9 m/s过程中分岔起点由31.9 m降低到21.8 m。当液相介质脉动时,管道系统随着脉动频率增加检测到包括多种形态的周期运动、概周期运动以及混沌等振动形态。研究结果对于工程具有指导意义。

突缩管内环状流界面波动研究

油水环状流通过突缩管时,缩颈和细管入口处会形成涡旋,加剧两相界面波动,两相界面波特性的研究对探索油水环状流的流型演变、管内压降等具有重要意义.通过大涡模拟研究突缩管内油水环状流的界面特性,结果表明:突缩管内的二次流、脱体涡的产生和发展对油水两相界面有较大影响,随着水相表观流速的增大,细管入口涡区增大并向下游延伸,出现涡脱落,对油水界面造成明显的扰动.水相表观流速与管径比越大,两相界面波动越剧烈;表面活性剂可提高水环稳定性和管输能力.数值模拟了在不同浓度活性剂溶液作用下的界面特性:涡区有不同程度的增大,涡度略有减小,对两相界面波动影响不大.

基于强制环状流的往复式动态电导传感器的持液率测量

利用传统电导法测量气液两相流持液率时,测量精度和测量范围往往要受到流型和矿化度的影响。为此,提出一种在强制环状流状态下,利用往复式动态电导探针测量持液率的方法。测量装置由旋流器、电导探针、探针自动往复移动装置和数据采集处理系统等组成。该测量方法一方面将流型调整为强制环状流,使测量结果不受复杂多变的气液流型的影响;另一方面,仅根据电路的通断来确定液膜厚度,而不依赖具体的电导率大小,因此可以克服矿化度对测量结果的影响。通过数值模拟研究,标定了动态电导传感器对液膜进行测量的位置位于旋流器下游约6D处,其中D为测量管段内径;通过室内实验验证了装置的可行性,结果表明:在气相表观流速为5~20 m/s,液相表观流速为0.079~0.48 m/s的实验参数范围内,持液率最大偏差为10.45%。

油气润滑系统水平管路中环状流的形成过程及特性研究

基于两相流基本理论,采用Fluent建立油气润滑系统水平管路中油气两相流的模型,并分析形成环状流的条件。在此基础上,提出新的供油方式,即在润滑油区域有一微小间隙,使压缩空气可直接穿过润滑油中间的空隙;分析新供油方式下形成环状流的条件。结果表明,新的供油方式下油气形成环状流的效率高,环状流液膜均匀性好;在相同供油量情况下,新供油方式形成环状流需要的入口气相速度低,且气速增大时一般不会形成夹带液滴,能够实现较好的环状流流型。

垂直同心环形管内上升气液两相环状流含气率与压降预测

对垂直同心环形管内上升气液环状流的截面含气率及压降预测进行了研究 .根据Kelessidis有关团状流向环状流转换的思路以及Wallis有关圆管内环状流积分分析的方法 ,考虑环形管的结构特征及环状流的流型特征 ,通过两相动力学理论建立了新的预测截面含气率及总压降的模型 .

油气润滑气液两相环状流流动特性分析

建立油气润滑气液两相环状流的数学模型,通过Fluent仿真,研究水平管内环状流的形成机制以及油气流速对其影响趋势。结果表明:气液两相流型随气相速度的变化,从分层流向环状流和雾状流转变,其中分层流向环状流的转变是附壁效应和气相涡旋流动的结果,环状流向雾状流的转变是气相撕裂油相形成细小油滴,并均匀混合的结果;在一定范围内最短进口长度和气速成正比关系。

预测水平管气—液环状流周向液膜厚度分布的理论模型

针对水平环状流液膜厚度沿周向分布的不对称性, 用5组双平行电导探针测量了水平管内气液环状流沿周向的瞬态液膜厚度,得到了平均液膜厚度沿周向的分布规律.分析了液膜向上输送的机理.为更为准确地预测液膜厚度, 综合考虑了扰动波抽吸作用机理、气体二次流机理及液滴沉降和携带机理; 通过量级比较和应力平衡的方法, 提出了一个预测液膜厚度沿周向分布的理论模型.数值模拟结果表明预测值与实验测量结果符合较好.

新型三通分配器中环状流相分离预测

实验三通型分配器主管侧壁均匀分布8个直径为3．5 mm小孔,主管中的气液混合物不是直接进入侧支管,而是通过安装在主管外壁上的环室进入侧支管。在水平管空气-水实验台上进行了实验,发现与传统三通型分配器分配特性不同,液相会优先进入侧支管,从而侧支管干度小于主管,建立了相分离预测模型,认为对于环状流,液相主要来自于穿过小孔上方的液膜,而气相根据小孔两侧阻力进行分配。模型预测值与实验结果吻合得很好,最大误差为7．24％。

水平管内气液两相环状流形成机理实验研究

采用观察法和光纤探针信号识别流型,对水平管内气液两相环状流形成机理进行了实验研究,提出用表示气液两相惯性力之比无量纲准则数K和液相韦伯数来关联实验数据,得到了分层流和间歇流向环状流转变的准则关系式.结果表明,环状流可分别由分层流和间歇流转化而成,但其转化机理各不相同.分层流转化为环状流是帆船机理与二次流机理共同作用的结果,而间歇流转化为环状流则是气相对液相的冲穿机理作用的结果.计算结果和实验结果符合良好.

垂直向上环状流特性参数预测模型

在产水气井的垂直向上两相流动中 ,环状流是一种非常重要的流型。对于环状流研究已由建立经验关系式的方法逐渐过渡到稳定机理模型的研究上。文中分析了机理模型研究中存在的不足 ,根据环状流的物理结构 ,应用动量守恒定律建立预测环状流特性参数的数学模型 ,采用迭代法求解 ,解决了文献中存在的问题。为了验证所建模型的可靠性 ,建立了一个数据库 ,把根据文中模型和其它两个关系式 (Orkiszewski方法和Beggs—Brill方法 )计算得到的相对性能系数进行对比 ,结果表明该模型的性能优于这两个关系式的性能。

三维微肋管内凝结换热流型及环状流关联式

为了得到不同流型下的换热性能 ,以R134a为工质对两种不同微肋几何结构的三维水平内微肋管进行了实验研究 ,通过可视化措施对流型及其转换进行了观测 .结果表明 :在Soliman流型图上 ,三维内微肋管环状流的分界线较之于光管向左平移了一段距离 ,即环状流与波状流的转换判据由Fr等于 7减小到Fr等于 2 .在较低的蒸汽流速和较低的干度下 ,三维内微肋管仍能维持环状流的状态 .环状流区的实验数据回归的换热关联式与实验值的最大偏差在± 2

环形狭缝通道内气液两相环状流流动特性

建立了环形狭缝通道内气液两相环状流的理论模型 ,该模型计及环状流气芯流动的可压缩性、气液两相间的相滑移、气相对液滴的夹带作用等因素 .考察了两相流质量流量和干度对压降、液滴速度相对变化和狭缝喉部气芯通流面积的影响 .用建立的理论模型对空气 -水两相环状流通过环形狭缝的两相压降进行预测 。

数值模拟微小三通管支管倾角对环状流相分配的影响

微小三通管内的流量分配及相分配特性对微型工程设备的正常运行至关重要。为了研究微三通管流体分配器的相分配特性,采用了计算流体动力学方法,通过改变三通支管的倾角,对微小三通管道模型进行了数值模拟。分析研究了入口流型为环状流时,微小三通管道中的速度分布规律,气相和液相的体积分数分布规律。结果表明,当支管倾角为90°、120°、150°时,液相优先从侧支管中采出;支管倾角为30°时,气相优先从侧支管中采出;支管倾角为60°时可获得最佳的相均匀分配。通过微通道侧支管结构的改进可减少相分配的不均匀性。

上升管内环状流含液体积分数与压降预测模型

对垂直上升管中气液二相环状流的含液体积分数及压降预测进行了研究,在充分考虑了环状流的流型特征以及合理假设的前提下,以二相流动力学理论和Wallis有关经验式为基础,推导出了环状流的数学模型。通过求解力学方程,获得了含液体积分数及压降预测的新模型,将新模型及已有模型与实验数据进行对比,结果表明,新模型不仅与实验结果符合良好,还具有计算速度快的特点,从而为垂直上升管内气液二相环状流含液体积分数与压降的预测提供了一种新的有效方法。

垂直下降管内油气水三相间歇-环状流转换的研究

对垂直下降管内油气水三相间歇流向环状流的转换进行了详细的实验研究，提出了发生转换的新判别式，着重研究了流体粘度对转换的影响，预测模型与实验结果吻合良好．此模型优于其他文献中提出的预测模型，具有较广的适用范围．

垂直向上圆管环状流临界热流密度研究

预测高含汽量下的临界热流密度对于直流蒸汽发生器和事故工况下反应堆堆芯的安全性具有工程价值。本文基于液滴夹带、沉积和液膜蒸发理论,对垂直向上的均匀加热圆管内环状流的液膜厚度和液膜质量流速沿轴向的变化进行了预测。结果表明,当液膜蒸干时,干涸发生,此时的热流密度即为临界热流密度。将理论计算的临界热流密度值与实测值相比较,实验数据偏高,偏差在30%以内。