微米級通道內(nèi)油水兩相流阻力特性

以氮氣和水為實驗介質(zhì),利用高速攝像機(jī)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(jìn)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(shù)對流型圖像分形增強(qiáng),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(jié)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(guān)系式進(jìn)行修正,結(jié)果表明:修正后的壓降模型能較好地預(yù)測本文實驗結(jié)果。

以空氣、水為工質(zhì),對進(jìn)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(jìn)行了研究。管內(nèi)直徑38mm、閥門通徑40mm。根據(jù)實驗結(jié)果,總結(jié)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(jié)果進(jìn)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。

通過利用9-26型高壓離心風(fēng)機(jī),對排粉風(fēng)機(jī)在風(fēng)機(jī)葉輪不同轉(zhuǎn)速、不同出口速度場條件下的風(fēng)機(jī)出口兩相流濃度進(jìn)行了測量,測量發(fā)現(xiàn)除內(nèi)側(cè)附近區(qū)域外,沿著風(fēng)機(jī)出口朝向外側(cè)的方向固相濃度逐漸增高.測量結(jié)果給利用排粉風(fēng)機(jī)出口的固相濃度分布特性來進(jìn)行含粉氣流的濃淡分離提供了參考.

研究了應(yīng)用射流泵輸送油水兩相管流時泵對下游管道中流型和壓降的影響。實驗管線為內(nèi)徑50mm的透明有機(jī)玻璃管,管線從入口到分離器長約35m,實驗段由一個垂直倒u型管和一個長3m水平管組成。分別給出了不同入口條件下實驗管段的流型圖和壓降圖。結(jié)果表明:采用射流泵輸送油水兩相流動,對下游管道流型和油水乳化速度有著顯著的影響,但對下游管道內(nèi)的壓降隨混合流速和體積份額的變化趨勢影響很小。

建立了帶浮塵源的同側(cè)上送下回側(cè)送風(fēng)和異側(cè)上送下回側(cè)送風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)房間的物理模型,采用k-ε湍流模型和歐拉拉格朗日兩相流模型模擬了不同粒徑浮塵在房間內(nèi)的軌跡,分析了不同送風(fēng)形式、送風(fēng)速度下不同粒徑顆粒對氣相流動的影響。

利用計算流體動力學(xué)技術(shù)對用于空調(diào)凈化領(lǐng)域的高效過濾器(highefficiencyparticulateairfilters,hepa)內(nèi)的氣-固兩相流動特性進(jìn)行數(shù)值研究,該高效過濾器由交錯排列纖維組成。模擬時,計算不同運行條件下過濾器的壓力損失及不同粒徑范圍過濾器的捕集效率,并將數(shù)值計算值和文獻(xiàn)中的經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀嬎阒颠M(jìn)行了比較。結(jié)果表明:和其他經(jīng)驗?zāi)Ｐ捅容^,過濾器壓力損失的數(shù)值預(yù)測值和實驗關(guān)聯(lián)式吻合較好,誤差在2%以內(nèi),預(yù)測結(jié)果也表明,隨著迎面風(fēng)速的增加,過濾器壓力損失呈線性增加;在過濾器中不同粒徑范圍的微細(xì)顆粒捕集機(jī)理也不同,對于本文所研究的過濾器,粒徑小于0.2μm時,主要由布朗擴(kuò)散起作用,粒徑大于0.5μm時,慣性碰撞貢獻(xiàn)較大,而粒徑位于0.2μm～0.5μm之間時,兩種機(jī)理作用都較弱,因此過濾器的捕集效率在該范圍出現(xiàn)最小值。

通過對旋流泵內(nèi)部流道進(jìn)行三維造型,利用雷諾時均方程、雙方程湍流模型并結(jié)合simplec算法對其內(nèi)部三維固液兩相流場和清水單相流場進(jìn)行了數(shù)值計算,得到了固相不同體積濃度、不同流量下的分布規(guī)律,并研究了外特性的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明:固相在葉片工作面分布較多;在葉輪里離后蓋板越遠(yuǎn),濃度越高;無葉腔分布濃度大于葉輪分布濃度;固相濃度的增加會引起揚程的減小。

引用api520標(biāo)準(zhǔn)附錄d中的方法,計算了兩相流情況下安全閥所需的泄放面積;計算實例表明,與國內(nèi)分別計算汽、液相泄放面積再求和的簡化方法相比,該法計算的泄放面積更為保險。

為了探究混流式水輪機(jī)改造前后轉(zhuǎn)輪泥沙磨損情況,采用固液兩相流模型對某電站改造前后的混流式水輪機(jī)進(jìn)行全流道數(shù)值模擬,分析不同工況下轉(zhuǎn)輪葉片表面泥沙分布,轉(zhuǎn)輪葉片表面固液兩相速度差,以及水輪機(jī)效率。結(jié)果表明:小流量工況下泥沙磨損最嚴(yán)重;水輪機(jī)改造后,葉片表面泥沙體積分?jǐn)?shù)下降,固液兩相速度差減少,泥沙磨損減弱,水輪機(jī)效率較改造前提升了5.5%。該研究可為水輪機(jī)改造提供一定的參考。

帶內(nèi)錐的擴(kuò)散式分離器內(nèi)兩相流動的數(shù)值模擬——對于一種帶內(nèi)錐的切向進(jìn)口擴(kuò)散式方形分離器，利用考慮各向異性的雷諾應(yīng)力湍流模型和顆粒隨機(jī)軌道模型對其內(nèi)部的兩相流動情況進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了其內(nèi)部不同截面高度的氣相流場的軸向、切向和徑向速度分布，計算...

兩相流中相積存造成多元混合制冷劑濃度變化分析——因多相流動中汽液速度差而造成相積存(holdup)是深冷混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)中混合物濃度偏析的一個重要因素。建立了因相積存造成濃度變化的計算模型，采用palmer對sesg~一brill—moody關(guān)聯(lián)式的修正式，詳細(xì)考察...

針對污垢沉積而導(dǎo)致高爐冷卻壁傳熱效率降低的疑難問題,通過在冷卻水管內(nèi)加入固相顆粒以形成液固兩相流,從而改變兩相流體對冷卻水管的傳熱和抗垢性能。在不同固相體積分?jǐn)?shù)下進(jìn)行了冷卻水管內(nèi)液固兩相流動的傳熱和抗垢性能研究。研究結(jié)果表明,由于固相顆粒的擾動和剪切效應(yīng),不僅可以增大冷卻水管傳熱系數(shù)和強(qiáng)化傳熱效果,而且增強(qiáng)了抗污垢能力,延長了設(shè)備的高效運行時間,實現(xiàn)冷卻壁的長期高效運行。

針對高爐冷卻壁管內(nèi)污垢沉積而導(dǎo)致傳熱效率低的問題,提出在高爐冷卻壁管內(nèi)加入固相顆粒以形成液固兩相流,在防止污垢的沉積及清洗污垢的同時,增加流體的擾動強(qiáng)化管內(nèi)對流傳熱。對液固兩相流和單相流的傳熱性能進(jìn)行了對比實驗。結(jié)果表明,由于固相顆粒的擾動和剪切效應(yīng),不僅可以強(qiáng)化管內(nèi)傳熱,而且也可以在線清洗管內(nèi)污垢,在流速為2m/s,固相體積分?jǐn)?shù)為3.5%～5.0%、固相粒徑為2～3mm的范圍內(nèi),與單相流相比,液固兩相流的傳熱系數(shù)提高了20%～45%。實驗結(jié)果為液固兩相流的工業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

為了研究泥沙顆粒對沖擊式水輪機(jī)噴嘴內(nèi)的流動特性,建立了噴嘴射流的三維數(shù)學(xué)模型。利用流體分析軟件fluent,首先對連續(xù)相選用標(biāo)準(zhǔn)k??湍流模型進(jìn)行計算,再選用離散模型進(jìn)行固液兩相流耦合計算。分析在泥沙顆粒和水流的雙重作用下,對噴嘴壁面沖蝕磨損影響。分析得出:泥沙顆粒在噴嘴內(nèi)部流動特性呈現(xiàn)非對稱性特性,影響射流的運動特性,進(jìn)而影響噴嘴各部位的沖蝕磨損程度,噴嘴下部磨損比上部嚴(yán)重。

氧煤燃燒器內(nèi)湍流氣固兩相流動數(shù)值模擬——借助fluentcfd軟件平臺，以套筒式燃燒器為研究對象，根據(jù)其結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用數(shù)值計算程序?qū)Ω郀t燃燒器內(nèi)的湍流氣同兩相流動、傳熱和燃燒進(jìn)行了數(shù)值模擬。計算結(jié)果描繪出了氧煤燃燒器內(nèi)的兩相流場、溫度場、揮發(fā)分濃度場...

建立了高爐冷卻壁三維物理模型。采用大型cfd軟件flunt6.8中的歐拉多相流模型,對高爐冷卻壁冷卻水管內(nèi)的液固兩相流三維流動和污垢清洗特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。分析了流體的流速、固體顆粒的粒徑、體積分?jǐn)?shù)對流體的流動、清洗強(qiáng)度及清洗均勻的影響。結(jié)果表明:流體的湍流強(qiáng)度、壁面污垢清洗強(qiáng)度和壓力降均隨流速、顆粒粒徑和體積分?jǐn)?shù)的增加而增加;液固流態(tài)化清洗防垢除垢效果取決于流速、液固顆粒粒徑和體積分?jǐn)?shù)的合理組合;綜合考慮節(jié)水節(jié)能及污垢清洗的均勻性,高爐冷卻壁的最佳流速為2.0～2.5m/s,固相顆粒粒徑為3～4mm,體積分?jǐn)?shù)為5%～8%。研究結(jié)果為高爐冷卻壁液固流態(tài)化污垢在線清洗的工業(yè)應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

在較寬的實驗參數(shù)范圍內(nèi)(系統(tǒng)壓力p=8～15mpa,質(zhì)量流速g=800～1800kg·m~(-2)·s~(-1),壁面熱流密度q_w=200～950kw·m~(-2))對一立式螺旋管內(nèi)(管內(nèi)徑為10mm,螺旋直徑為300mm,節(jié)距為50mm)汽水兩相流動沸騰干涸特性進(jìn)行了實驗研究。通過研究,獲得了干涸發(fā)生時螺旋管圈壁溫的分布特征以及壓力、質(zhì)量流速和壁面熱流密度這三個參數(shù)對臨界干度的影響規(guī)律。同時在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了一個適用于計算螺旋管內(nèi)高壓高含汽率工況下汽水兩相流臨界干度的經(jīng)驗關(guān)系式。

通過對寬高比為0.05的矩形通道內(nèi)兩相流動阻力特性的實驗研究結(jié)果,以及與現(xiàn)有經(jīng)典公式的對比分析結(jié)果表明,現(xiàn)有公式在預(yù)測較小寬高比的矩形通道內(nèi)阻力特性時偏差較大。引入了能夠反映小通道對氣泡生長的限制特性無量綱nconf,用于對小寬高比矩形通道阻力特性的預(yù)測,并采用lockhart-martinelli方法擬合了c系數(shù)預(yù)測關(guān)系式。預(yù)測結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)比較,發(fā)現(xiàn)95%的實驗數(shù)據(jù)與預(yù)測值相對偏差在±15%以內(nèi)。

常壓下,以空氣和水為工質(zhì),對寬高比不同的兩個矩形通道內(nèi)兩相流動摩擦阻力特性進(jìn)行了研究,并對常規(guī)通道和微小通道內(nèi)兩相壓降的計算模型進(jìn)行了驗證和評價。結(jié)果表明:傳統(tǒng)的常規(guī)通道經(jīng)驗關(guān)系式并不適用于窄矩形通道中的壓降計算;基于微小通道的計算方法中,lee-lee模型與實驗值符合程度較好,但在一定的參數(shù)范圍內(nèi)仍存在較大誤差。提出基于chen模型的chisholmc系數(shù)方法的修正關(guān)系式,式中綜合考慮了矩形通道寬高比、全液相雷諾數(shù)和l-m參數(shù)對chisholmc系數(shù)的影響,修正關(guān)系式與實驗值符合較好。

對矩形窄縫通道內(nèi)高壓兩相摩擦阻力特性開展實驗研究,分析搖擺運動對矩形窄縫內(nèi)兩相摩擦阻力的影響。結(jié)果表明:搖擺運動條件下,兩相摩擦阻力會隨著搖擺運動而呈現(xiàn)近似正弦的波動,兩相摩擦阻力波動時均值與靜止條件下的相等;搖擺運動引起的摩擦阻力相對變化量隨著全液相雷諾數(shù)、含汽率、搖擺周期的增大而減小,隨著搖擺幅值的增大而增大;摩擦阻力相對變化量與最大搖擺角加速度沒有明顯單調(diào)關(guān)系。提出用于計算摩擦阻力相對變化量的經(jīng)驗關(guān)系式。

采用窄縫矩形通道實驗本體對飽和沸騰兩相流動阻力特性進(jìn)行實驗研究。實驗結(jié)果表明:現(xiàn)有經(jīng)典公式以及采用空氣-水、有機(jī)冷卻劑獲得的預(yù)測方法在預(yù)測窄縫矩形通道內(nèi)阻力特性時偏差較大;無量綱nconf數(shù)可以作為窄縫矩形通道對阻力特性的影響參數(shù)之一,用于窄縫矩形通道阻力特性的預(yù)測;以chisholm的b系數(shù)方法為基礎(chǔ)獲得的窄縫矩形通道飽和兩相阻力預(yù)測關(guān)系式預(yù)測結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的偏差在±10%以內(nèi)。

矩形窄通道廣泛應(yīng)用于緊湊式換熱器設(shè)計中,其內(nèi)空氣-水兩相流動摩擦阻力受簡諧搖擺運動影響而與穩(wěn)定狀態(tài)不同。筆者通過實驗研究了搖擺運動條件下矩形窄通道內(nèi)絕熱兩相流摩擦壓降特性。結(jié)果表明:層流區(qū)(分液相雷諾數(shù)rel1400)摩擦壓降沒有明顯的周期性波動。lee-lee模型能較好地用于搖擺條件下平均摩擦壓降的預(yù)測,但不能用于周期性變化摩擦壓降的動態(tài)預(yù)測。通過分析大量實驗數(shù)據(jù)的變化規(guī)律,基于奇斯霍姆c(chisholm)關(guān)系式,擬合得到了搖擺條件下瞬時摩擦壓降經(jīng)驗關(guān)系式,其預(yù)測值與實驗值有較好的一致性。