槽式孔板的氣液兩相壓降倍率特性

采用mixture多相流模型、realizable湍流模型與simplec算法,應用cfd軟件fluent對內(nèi)混式自吸泵自吸過程的氣液兩相流進行了數(shù)值模擬。通過分析不同含氣率條件下流場的壓力分布、速度分布、氣相分布,探討了氣液兩相介質在泵內(nèi)的運動情況,一定程度上揭示了內(nèi)混式自吸泵自吸過程的內(nèi)部流場變化規(guī)律,為自吸泵的設計提供更多的參考依據(jù)。

采用雷諾時均n-s方程和rngk-ε湍流模型,使用多相流模型中的混合物模型,通過商用軟件fluent,對自吸時旋流自吸泵內(nèi)氣液兩相流場作了數(shù)值模擬.在對蝸殼流道和葉輪流道進行網(wǎng)格劃分時,尺寸扭曲率為0.78.根據(jù)模擬結果,將泵內(nèi)兩相流場的靜壓分布,與單液相時的靜壓分布作了對比,并比較了葉輪內(nèi)氣相與液相相對速度的分布情況.另外,對含氣率的分布情況作了分析.結果表明,自吸時氣液兩相狀態(tài)下的靜壓稍小于單液相狀態(tài)下的靜壓;泵內(nèi)的主要流動是液相通過相間作用夾帶氣相的流動,液相速度略大于氣相速度;靠近泵出口的兩個葉道內(nèi),有氣相的積聚,含氣率較高.

設計了一種新型多圈環(huán)形管用于氣液兩相流參數(shù)的測量,對環(huán)形管上升段水平方向內(nèi)外側差壓波動信號進行了分析,采用無因次分析方法獲得與差壓波動信號均方根相關的特征量,建立了此特征量與容積含氣率的關系模型,并在此基礎上進行了實驗.實驗結果表明與差壓波動信號均方根有關的特征量和容積含氣率存在一定的關系,在考慮到氣體密度的影響之后,引入氣體密度對關系模型進行修正,建立了差壓波動信號均方根和容積含氣率量綱1的線性關系模型.在容積含氣率小于0.65時,氣液兩相流的容積含氣率測量誤差小于5%,為氣液兩相流的容積含氣率測量提供了一種方法.

輔助高速攝影儀對正方形小通道內(nèi)氮氣-水兩相流向上流動進行可視化觀察,對流動特性進行了實驗研究,獲得了典型的流型圖像。采用數(shù)字圖像處理技術對流型圖像進行了處理,檢測得到氣相的周長、面積,并通過提出的假想圓柱體模型計算和統(tǒng)計得到了截面含氣率。將壓降實驗數(shù)據(jù)分析結果與典型的分相流、均相流壓降模型預測值比較,結果表明,chisholm關系式能較好地預測兩相流的壓降變化,lee&lee關系式和dukler關系式可較好地預測低表觀速度時的兩相流壓降。

以氮氣和水為實驗介質,利用高速攝像機對水力直徑為1.15mm的矩形小通道內(nèi)的氣液兩相垂直向上流動特性進行可視化研究,依次得到泡狀流、彈狀流、攪拌流和環(huán)狀流4種典型的流型圖像。針對小通道內(nèi)氣泡之間相互無遮掩性的優(yōu)勢,運用圖像處理技術對流型圖像分形增強,檢測氣泡邊緣并填充后根據(jù)提出的氣相體積模型,得到兩相流動的含氣率。結合實驗數(shù)據(jù),根據(jù)分液相reynolds數(shù)把流動分為層流區(qū)、過渡區(qū)和紊流區(qū),并對chisholm關系式進行修正,結果表明:修正后的壓降模型能較好地預測本文實驗結果。

以空氣、水為工質,對進口和出口水平管內(nèi)氣液兩相流流過閘閥的局部阻力特性進行了研究。管內(nèi)直徑38mm、閥門通徑40mm。根據(jù)實驗結果,總結出了空氣和水兩相流體流過閘閥時的局部阻力變化規(guī)律,并與前人的結果進行比較,提出了閘閥局部阻力修正系數(shù),計算值和實驗符合良好。

伊拉克某油田現(xiàn)有的c列第3級生產(chǎn)分離器由于原設計缺陷,造成原油處理c列處理能力嚴重不足,出現(xiàn)氣液夾帶、液位超高等問題。對分離器進行技術評估后認為,由于該分離器本來直徑就小,再加上氣出口位置偏低,分離緩沖空間小,造成氣液分離不充分,液相波動時液體沖入氣管線,形成氣液夾帶。另外,由于設備內(nèi)部沒有任何輔助分離結構,氣體中的液滴無法聚集沉降,氣體含液率高。技術改造方案為:將氣管線出口由側面改到罐頂,利用直徑500mm人孔作為氣體出口；設置集氣包,在內(nèi)部安裝葉片式捕霧芯；將現(xiàn)有氣管線出口用盲板封堵,作為通風孔。根據(jù)改造方案進行工藝計算,以液相分離計算的結果以及控制時間的要求來確定液位設置,結合分離器的內(nèi)部結構及氣液分離情況來確定桑德-布朗系數(shù),計算最大氣體流速和氣體停留時間。改造完成后,分離器能夠滿足氣液分離的要求,c列產(chǎn)量增加,液位控制穩(wěn)定,達到了生產(chǎn)去瓶頸的目的。

伊拉克某油田現(xiàn)有的c列第3級生產(chǎn)分離器由于原設計缺陷,造成原油處理c列處理能力嚴重不足,出現(xiàn)氣液夾帶、液位超高等問題.對分離器進行技術評估后認為,由于該分離器本來直徑就小,再加上氣出口位置偏低,分離緩沖空間小,造成氣液分離不充分,液相波動時液體沖入氣管線,形成氣液夾帶.另外,由于設備內(nèi)部沒有任何輔助分離結構,氣體中的液滴無法聚集沉降,氣體含液率高.技術改造方案為:將氣管線出口由側面改到罐頂,利用直徑500mm人孔作為氣體出口;設置集氣包,在內(nèi)部安裝葉片式捕霧芯;將現(xiàn)有氣管線出口用盲板封堵,作為通風孔.根據(jù)改造方案進行工藝計算,以液相分離計算的結果以及控制時間的要求來確定液位設置,結合分離器的內(nèi)部結構及氣液分離情況來確定桑德-布朗系數(shù),計算最大氣體流速和氣體停留時間.改造完成后,分離器能夠滿足氣液分離的要求,c列產(chǎn)量增加,液位控制穩(wěn)定,達到了生產(chǎn)去瓶頸的目的.

利用tsi-1268w熱膜探針測量了內(nèi)徑為35mm的水平管內(nèi)氣液兩相泡狀流的壁面切應力,得到了充分發(fā)展段上壁面切應力沿周向的分布數(shù)據(jù)。測量結果表明,液相中加入氣泡后,在管道下部的壁面切應力增大,在含氣率較高的管道上部出現(xiàn)了壁面切應力減小的現(xiàn)象。隨著氣相流速的增加,管道上部的壁面切應力有較小幅度的降低,管道中下部的壁面切應力有較大幅度的增加。

氣液兩相流技術是蒸發(fā)冷卻電機冷卻系統(tǒng)設計的關鍵問題,本文圍繞電機空心導線內(nèi)氣液兩相流動的研究展開論述,從經(jīng)驗模型和唯象模型兩個角度敘述了近年來微矩形管道內(nèi)氣液兩相流動取得的進展及存在的問題,并提出了新的研究方向。介紹了蒸發(fā)冷卻電機在中國的發(fā)展現(xiàn)狀和未來展望

流型是兩相流中非常重要的流動參量,不同流型下的兩相流流動特性及傳熱傳質性能有很大不同。流型也嚴重影響著兩相流參數(shù)測量的準確性。利用新近研制的兩相流電導傳感器,在垂直上升氣液兩相流管中采集了不同流型下的電導波動信號,采用wigner-ville分布(wvd)在時頻域內(nèi)處理了電導波動信號,觀察到了wvd特征與流型之間的關系,取得了較好的氣液兩相流流型辨識效果。

為了獲得管道充氣排液過程的兩相流動狀態(tài),采用vof模型對管道充氣排液工況進行了數(shù)值模擬研究。模型考慮了液體表面張力、壁面粘附力,流體粘度,管壁粗糙度以及氣體可壓縮性效應,并采用結構化網(wǎng)格和自適應網(wǎng)格加密技術,對兩相界面進行了跟蹤,觀察了這一工況下的氣液兩相混合及界面變化過程,分析了充氣過程中不同時刻的管道內(nèi)壓力分布、氣相體積分數(shù)、管流摩阻和能量交換情況,得到了這一工況下氣液兩相的流動特征。模擬結果也表明,在進行適當?shù)木W(wǎng)格劃分和參數(shù)設置,vof模型可以用于非自由表面的有壓流動的數(shù)值模擬。

文章采用cfd軟件,利用vof氣液兩相流動模型,滑移網(wǎng)格技術和二階精度迎風格式數(shù)值研究了水環(huán)真空泵的泵殼內(nèi)的三維兩相流動特性。文中給出了計算結果的三維兩相分界面,速度矢量和靜壓等值線分布的分析,結果與經(jīng)典理論分析結論一致,驗證了本文數(shù)值計算方法的可靠性。本文工作為理解和掌握水環(huán)真空泵內(nèi)部真實流動特性和提高水環(huán)真空泵的效率提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

對球形顆粒填充通道內(nèi)的空氣-水豎直向上兩相流動流型進行了可視化實驗研究。實驗段填充球直徑分別為3、5和8mm,氣相表觀流速為0.005～1.172m/s;液相表觀流速為0.004～0.093m/s。實驗觀察得到4種典型流型:泡狀流、串狀流、液柱脈沖流和乳沫脈沖流,并繪制出流型圖,其中脈沖流占據(jù)較大區(qū)域。通過與常規(guī)通道流型圖對比發(fā)現(xiàn):由于填充顆粒的影響,球床通道泡狀流區(qū)域較常規(guī)通道顯著減小。對比3種球床通道流型圖得到:隨著顆粒直徑的增加,串狀流區(qū)域增大;在低液相流速下,對于8mm直徑顆粒,串狀流可直接過渡到乳沫脈沖流。

運用流場計算軟件fluent,對軸流泵葉輪內(nèi)氣液兩相三維流場進行了數(shù)值計算,分析了水氣混合工況下的流動參數(shù)分布特點。通過對葉輪流道內(nèi)的靜壓分布及含氣率分布的分析,揭示了氣泡在葉輪流道中的分布特征。研究發(fā)現(xiàn),在不改變?nèi)~片安裝角的情況下,隨著流量的增加,沖角發(fā)生變化,導致氣泡聚積現(xiàn)象從葉片的背面移到葉片工作面。此外,在葉片背面靠近輪轂處和葉片背面的輪緣處易發(fā)生氣泡的聚積。

針對氣液兩相流流過槽式孔板時產(chǎn)生的差壓信號呈現(xiàn)出的非高斯特性,提出了一種基于高階譜技術的信號分析方法.通過對槽式孔板兩端差壓信號進行的雙譜分析,提取了不同流量下信號的非高斯特征.以信號的雙譜幅度最大值和雙譜切片幅度最大值作為特征參數(shù),對不同流型、流量下差壓信號偏離高斯分布的程度進行了定量估計.結果表明,提取的特征值不僅可作為氣液兩相流流型轉變的判據(jù),而且還為進一步優(yōu)化兩相流流量計的設計提供了參考.

在壓力為9～22mpa,質量流速為600～1200kg/(m2·s),含汽率為0～1的工況范圍內(nèi),對φ38.1mm×7.5mm的6頭內(nèi)螺紋管中汽-液兩相流體的摩擦壓降特性進行了試驗研究。試驗段采用水平絕熱布置。試驗結果表明:壓力對兩相流摩擦壓降的影響很大,隨壓力增加,兩相流摩擦壓降倍率減小,在臨界壓力附近,兩相流摩擦壓降倍率趨近于1;隨含汽率增加,兩相流摩擦壓降倍率先增加,然后有減小的趨勢;隨質量流速增加,兩相流摩擦壓降倍率減小。用于計算單相水摩擦壓降系數(shù)以及用于計算汽-液兩相流體摩擦壓降的試驗關聯(lián)式被提供。

簡述了在氣液兩相流的工況下的調(diào)節(jié)閥的選型,通過對氣液兩相流的工況的分析,計算出其口徑,并對這種工況下閥門的精度及材質做了簡單的介紹。

以空氣和水為工質,對螺旋管內(nèi)氣液兩相流動阻力特性進行了實驗研究,得到了不同工況條件下螺旋管內(nèi)阻力數(shù)據(jù),分析了質量流量及干度對管內(nèi)阻力的影響,采用回歸分析法建立了螺旋管內(nèi)摩擦阻力系數(shù)關系式,確立了摩擦阻力與相關物理量的函數(shù)關系,在此基礎上建立了螺旋管內(nèi)氣液兩相流動摩擦阻力的計算公式,并用未參加回歸分析的實驗數(shù)據(jù)驗證了該阻力計算公式。結果表明,螺旋管內(nèi)氣液兩相流摩擦阻力隨干度的增加呈線性增加,隨質量流量的增加呈指數(shù)增加,所建立的管內(nèi)摩擦阻力計算公式的計算值與實驗值吻合得較好。

在實驗研究的基礎上,采用小波分析的方法對窄矩形通道內(nèi)兩相流的流型進行有效的識別,為在不可視或不能進行攝影測試技術特殊情況下提供了有效識別方法。通過可視化觀察發(fā)現(xiàn),窄矩形通道內(nèi)兩相流流型主要有泡狀流、彈狀流、攪混流和環(huán)狀流。采用小波分析法給出了4種流型的功率密度圖,并結合每種流型的特征及壓差波動特性,對每種流型的頻率分布范圍及最大能量分布范圍給出了界定。因此,利用頻率分布特征值及最大能量分布值可對流型進行有效的識別和判定。

準確判斷輸氣管道內(nèi)氣液兩相流流型是深入輸氣管道工程研究與應用的基礎。本文分別介紹了垂直上行管段和水平管段兩種情況下輸氣管道內(nèi)氣液兩相流的流型的分類方法,分析了影響輸氣管道內(nèi)氣液兩相流流型的主要因素,并研究了目前主要的輸氣管道氣液兩相流流型的監(jiān)測技術,對于輸氣工程研究與應用具有重要現(xiàn)實意義。

設計了一種結構簡單、對加工工藝要求較低的雙錐流量計,并用于氣液兩相流參數(shù)的測量.提取雙錐流量計的差壓波動信號的特征值,采用無量綱分析方法建立分相含率的測量模型,通過優(yōu)化方法獲得局部最佳的模型參數(shù).在氣液兩相流實驗裝置上開展了實驗研究.結果表明,所建立的分相含率測量模型可在一定的空隙率范圍內(nèi)對氣液兩相流含氣率進行有效的測量.