起伏振动水平管气液两相流型及转变机理

起伏振动下气液两相流型的准确判定对漂浮核电站参数设计有重要意义。对起伏振动水平管气液两相流型特性进行实验研究,定义了起伏振动新流型并得到了气液相分布变化规律,揭示了管径、振频和振幅对流型转变界限的影响规律,建立了泡状流-间歇流和间歇流/分层流-环状流的转变关系式。结果表明,在起伏振动下水平管内出现泡状流、间歇流、分层流以及环状流四种流型,其中间歇流包括泡-弹间歇和弹-塞间歇两种,且气液相分布随振动位置的变化呈规律性改变。在气相折算速度不变的条件下,管径、振频、振幅增加会使泡状流-间歇流边界向上移动,间歇流-分层流边界向下移动。在液相折算速度一定的条件下,管径、振频、振幅增加会使间歇流/分层流-环状流边界向右移动。考虑了振动的影响,建立适用于低频高幅起伏振动的间歇流向泡状流与环状流转变模型,预测和实验结果的相对误差绝对值的平均值分别为7.62%和12.68%。

起伏振动垂直上升管气液两相流截面含气率分析与计算

起伏振动下气液两相流含气率的准确预测对漂浮核电站的安全稳定运行有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下垂直上升管气液两相流的含气率特性。结果表明,起伏振动对泡状流下的含气率影响比较明显,对弹状流、搅混流和环状流的影响较弱。整体来看,起伏振动导致泡状流的含气率增加,其他三种流型下的含气率减小。对静止管道内常用的含气率计算模型进行评价,发现现有含气率计算模型比较适用于起伏振动下含气率的计算,但对泡状流和弹状流下含气率的预测误差较大。考虑振动的影响,引入了液相Froude数,建立了考虑流型的含气率计算关系式,显著提高了起伏振动下含气率的预测准确度。

起伏振动状态下倾斜管内两相流多尺度熵分析

将振动装置和气液两相流实验回路相结合,在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并使用多尺度熵方法对压差波动信号进行分析。研究结果表明振动条件下倾斜管内出现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。同时对95种流动条件下的5种典型流型的差压波动信号进行多尺度熵分析。结果表明,不同流型在低尺度(前9个)下的熵值变化率有明显不同,高尺度下的熵值可以反映不同流型的动力学特性。

起伏振动状态下倾斜管气液两相流型实验研究

在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行了实验研究。将振动装置与两相流实验回路相结合,改变管道倾角和振动频率、振幅,分析其对流型转变的影响。研究发现振动条件下的流型与稳态下相比有较大区别,通过对流型分类发现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。绘制流型转换边界图结果表明,倾角的增加使起伏弹状流在流型图中的区域扩张,其他流型的区域相对减小。振动频率和振幅对流型转换边界的影响相似,振动频率和振幅增加会使珠状流和准弹状流区域有所增加。3种变化因素中振动频率对流型转变的影响最大。

起伏振动状态下水平管内两相流多尺度熵分析

将振动装置与气液两相流实验回路相结合,对起伏振动状态下水平通道内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并此采集压差波动信号。同时采用多尺度熵方法对102种流动条件6种流型的压差波动信号进行分析。研究结果表明:起伏振动状态下水平管内主要流型包括泡状流、珠状流、炮弹流、弹状-波状流、沸腾波状流及环状流。利用小尺度下样本熵的变化速率特征可以明显区分水平通道内气液两相流型,而大尺度下样本熵的变化特征可以反映不同流型的动力学特性。

起伏振动状态下水平管内气液两相流研究

通过将振动装置与两相流实验回路结合的方法,对起伏振动状态下水平管内气液两相流问题进行了实验研究。同时基于FLUENT平台,结合动网格模型及UDF编程手段,通过数值模拟的方法,进一步扩展了研究内容:重点考察了振动工况及流体性质对压降和流型转换的影响。研究结果表明:振动工况下气液两相流动形式不同于稳态工况,主要流型有珠状流、泡弹流、沸腾波状流、波状流以及环状流。振动影响管内压降,但当Re数大于5 600时,无论是振动频率还是振动幅度对压降均没有很大影响。与稳态工况类似,黏度几乎不影响流型转换界限,流体处于高黏度状态时,振动工况对于流型转化及压降的影响减弱。振动频率和振动幅度的增大均使得流型转换界限呈现向外扩张的趋势,且与振动幅度相比,振动频率的改变对流型转换影响更大。

起伏振动下倾斜管内单相流流动阻力特性分析

起伏振动状态下单相流流动阻力的正确计算对漂浮核电站的安全性有显著影响。实验研究了不同起伏振动工况和流动工况对倾斜圆管通道内单相水摩擦压降的影响,提出了方便计算的振动摩擦阻力系数。结果表明,振动摩擦压降大于稳定状态的,并呈周期性波动,波动周期与振动频率一致。振动摩擦阻力系数平均值随雷诺数和倾角的增大而减小,随管径和振动频率的增大先增大后减小,随振幅的增大而增大。通过实验数据拟合得到起伏振动下倾斜管内单相水振动摩擦阻力系数计算经验关系式,计算结果与实验结果吻合较好,为起伏振动单相水流动阻力的计算提供了新思路。

起伏振动倾斜上升管气液两相流摩擦阻力分析与计算

起伏振动下气液两相流摩擦压降的准确计算对海洋核动力的发展有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下30°倾斜上升管气液两相流摩擦压降的变化规律。结果表明,起伏振动下摩擦压降波动幅度和平均值显著增大。与静止状态相比,起伏振动下摩擦压降的多尺度熵值除泡状流外明显增大,且呈现大幅振荡现象,流动不稳定性更加显著。静止状态摩擦压降模型计算结果与实验值误差较大,现有模型对于起伏振动状态不适用。分析流动和振动参数对摩擦阻力系数的影响,发现其与均相雷诺数成反比,与振动幅值以及频率成正比。以大量实验数据为基础,建立了适用于起伏振动状态的摩擦阻力系数计算关系式,计算与实验结果吻合较好。

基于CEEMDAN和概率神经网络的起伏振动气液两相流型识别

起伏振动气液两相流型准确识别对漂浮核动力平台安全稳定运行有重要意义。通过对比静止和起伏振动管道的压差信号以及对应的频谱图发现,起伏振动管道内的压差信号波动幅度更大且包含更多的频率分量,两种流型均含有主频率,该频率为起伏振动频率。针对起伏振动状态气液两相流压差信号的复杂性,分别采用自适应白噪声的完备总体经验模态分解(CEEMDAN)和集合经验模态分解(EEMD)对小波降噪后的压差信号进行模式分解,发现CEEMDAN能够在减少模式分量的同时获得更多有效的分量。通过计算spearman相关系数选择具有表征意义的IMF分量进行Hilbert变换计算能量作为特征值,采用概率神经网络对流型进行识别。结果表明,采用CEEMDAN进行模式分解结合概率神经网络的识别方法准确率达到95.83%,能够用于起伏振动下气液两相流型识别。

基于ICEEMDAN和SVM的起伏振动气液两相流流型识别

针对起伏振动条件下气液两相流压差信号过于复杂难以识别的问题,提出一种基于改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)与支持向量机(SVM)相结合的流型识别方法。采用ICEEMDAN对小波去噪后的压差信号进行模式分解,通过求取的各本征模态函数(IMF)与原始信号进行斯皮尔曼相关系数计算,选取相关系数较大的IMF分量进行希尔伯特变换,对变换后各IMF分量的瞬时幅度进行能量熵、奇异谱熵、功率谱熵的计算,构成特征向量,带入到支持向量机中进行流型识别。结果表明:该方法能够有效识别起伏振动状态下的泡状流、弹状流、搅混流、环状流,识别准确率可达95%。

起伏非线性振动下倾斜上升管内气液两相流流型转变分析

本文对不同起伏非线性振动条件下倾斜上升管内气液两相流流型及转变规律进行实验研究,借助高速摄影仪对起伏非线性振动状态下气液两相流的流型进行分类。结果表明,倾斜上升管气液两相流有弥散泡状流、起伏弹状流、准弹状流和液环式环状流4种。对弥散泡状流向起伏弹状流和准弹状流向液环式环状流的转变机理进行分析,在稳定状态转变机理的基础上引入振动参数,建立了考虑振动加速度的关系式。本文建立的流型转变关系式与实验结果吻合较好。