管内气液两相流动空泡率传播模型研究

以波传播的观点,将流动工况视为连续波与动力波相互作用在特定流动条件下的非线性解,尝试提出了两相流分析的一种新思路。从一维气液两相流守恒方程出发,应用气液两相流漂移流模型,推导了空泡率双曲型守恒方程,用特征线法数值求解气液两相流空泡率分布的传播过程,对传播稳定性和流型转变进行讨论。数值分析表明,低空泡率时发生流型转变的位置相对于两相流平均速度将向下游蔓延;而高空泡率时则相对地向上游蔓延;空泡率很高时空泡率分布传播过程中将不会出现流型转变。计算表明：流型转变起始点的空泡率为027,空泡率达到058时流型转变终止;这与文献报告的气液两相流实验结果符合较好。     

起伏管道空管投油气液两相流动的数值模拟

输油管道的空管投油是复杂的气液两相管流过程。在地形起伏较为剧烈的地区,管道内复杂的流动状况对投产安全造成威胁,研究其水力规律具有重要意义。采用数值模拟方法,建立起伏管道模型对起伏管道的气液两相流进行模拟,并用软件对管段流场进行实时监控,研究不同类型管道中气液两相流动规律及其影响因素。     

高密度钻井液气液分离系统工艺过程研究

高压、超高压油气层钻井和井控时,发生气侵的高密高粘钻井液除气是欠平衡钻井技术顺利实施的一大关键问题,本文综合考虑钻井施工时的实际工况及常用分离设备性能特点,提出钻井液除气的两级分离系统工艺方案,第一级采用重力斜板沉降分离工艺,除去地面返回流体中的大宗气体、泡状液体和固体颗粒,第二级采用主动离心分离工艺,对弥散在混合液中的小起泡进行深度分离.分离系统模型实验证明,二级分离系统的处理能力、分离效果均能满足要求,从而为高压、超高压气层安全钻井及井控提供了保障.     

稀疏气固两相槽道湍流中颗粒受力的理论和数值分析

从理论分析和数值计算两个方面对稀疏气-固两相湍流中的颗粒所受的各种相间力的相对大小进行研究。颗粒受力由Basset-Boussinesq-Oseen方程描述,同时考虑剪切升力和旋转升力。研究结果表明,在相间力的计算公式适用范围内,通过频率分析和量级分析确定各相间力的相对大小具有较高的准确度。从颗粒所受各相间力随时间变化的模拟结果来看：除拖曳力和重力外,在主流和翼展方向上,Basset力比较重要;而在壁面法向上,拖曳力、剪切升力和Basset力均比较重要。     

空气-水段塞流冷却传热与相界面分布实验研究

针对海底油气管道的散热问题搭建水平气液两相段塞流换热实验装置。研究冷却液温度4℃条件下无相变冷却过程段塞流的换热特性。实验中采用双平行电导探针、热电偶、热电堆等多种测量手段对冷却条件下段塞流的流动和传热参数进行测量。给出对流换热系数与流动界面分布参数变化规律,表明管道上下壁面由于传热不均存在显著的温差。结果还表明,段塞流对流换热系数受气相表观流速影响较小,流体与下壁面之间的对流换热明显强于与上壁面之间的对流换热。     

电容电导传感器油水两相流含率测量

在油水两相流测量中,利用电容传感器和电导传感器在含率测量上有不同的敏感范围,设计一种电容电导传感器,使用电子开关实现两种测量方法的快速切换,使其在相同敏感场内测量。新型电容电导传感器实现了对水平管道内低电导率水（自来水）组成的油水两相流的全含率范围的测量,利用快关阀进行标定,其含率测量误差小于±5% 。     

以带盖塑料瓶制作固液不加热制气型实验教具的研究

以四个固液不加热制气型实验为例,研究如何将带盖塑料瓶制作成简易、便捷、环保的实验教具,并关注到了制作过程中的一些细节。     

对中长跑间歇训练中完全恢复状态下的练习组数与次数、间歇时间的实验研究

通过实验研究、数理统计、比较分析等方法,在中长跑间歇训练完全恢复状态下,对不同运动员个体承受重复练习组数与次数、间歇时间进行实验研究.结果表明:同一分段距离与不同分段距离练习时运动员个体所承受重复练习组数与次数存在差异性.所承受重复练习组数与次数的间歇时间同样存在个体差异.具有个体差异的练习组数与次数、间歇时间数据的获得,为今后一段相对稳定时期进行完全恢复状态下的间歇训练提供了可靠的参考依据,以保证进行间歇训练时获得最佳训练效果.     

高频振动下液滴射流形态分析与实验研究

为解决液滴喷射过程中液滴断裂不均匀现象,通过建立压电-流固耦合模型,采用改良的水平集法定义气体和液体的交界面,对喷腔内部流场进行求解,得到喷嘴出口流速随压电振动周期性高频波动的规律。以此为边界条件对层流气液两相流射流形态进行数值模拟,证明喷嘴流速的波动是致使均匀液滴形成的直接因素,与在连续喷墨打印机中进行的连续液滴喷射实验结果相符。同时,喷嘴流速波动与液体粘度的大小直接影响液滴形成及射流断裂。该研究结果可为喷射均匀液滴流提供理论基础,为液滴喷射技术的应用提供参考。     

物体高速出水过程中的空化气液两相流流型研究

实验研究超空泡航行体出水时的气液两相流流型.观察到当航行体靠近自由面时,超空泡的崩溃、再产生以及与自由面相互作用等复杂力学过程.对于崩溃超空泡,其尾部由透明变为阴影,可能与尾射流的产生有关;但一般而言,超空泡的崩溃是整体性的.基于FLUENT软件并采用VOF方法,对超空泡出水过程进行数值模拟,数值计算结果与实验结果吻合良好.     

超高含水原油混合流动及初始沉积特性

使用自行设计的实验装置,对超高含水原油的流动特性和初始沉积过程进行探究。系统研究实验温度、混合流速和体积含水率对超高含水原油初始沉积过程的影响,分析不同温度下原油的运动形态和初始沉积方式。初始沉积过程可分为蔓延沉积过程和粘连沉积过程,根据沉积特点和压降曲线的变化趋势将初始沉积过程分为3个阶段：沉积诱导期、快速沉积期和沉积动态平衡期。通过对沉积物碳数分布的分析,得知超高含水原油初始沉积过程中,同时存在剪切剥离作用、胶凝作用和分子扩散作用。实验温度和体积含水率主要通过改变胶凝作用和分子扩散来影响初始沉积过程,混合流速通过改变剪切剥离强度来影响初始沉积过程。     

伴随原位开窗的胸主动脉腔内修复术后血液两相流动数值模拟

胸主动脉夹层是一种严重危及人类健康的心血管疾病，临床上的主要治疗方式为胸腔内修复术（TEVAR）。结合开窗技术的TEVAR（ISF-TEVAR）可用于治疗累及主动脉弓及其弓上分支血管的复杂病例。对一例主动脉夹层建立ISF-TEVAR术后的主动脉模型，开展血液两相流动数值模拟。通过考察血流动力学参数，定量探究ISF-TEVAR手术疗效；同时通过虚拟手术，缩短开窗支架在主动脉弓部的伸出长度，分别构建"半伸出"和"无伸出"两例术后模型，对比探究开窗支架的伸出长度对术后血液流动的影响。结果表明，开窗支架伸出段对血液动力学参数有显著影响，适当缩短伸出段长度有助于提升手术疗效。     

油相中荷电液滴变形和破碎特性的实验研究

基于显微高速数码摄像技术对不相溶醇油体系中醇相荷电液滴的破碎行为演变过程进行可视化研究。精确捕捉不同场强下荷电液滴在油相中的显微形貌特征,得到荷电液滴在不同工况下的变形破碎过程和演变细节,探究荷电液滴在不同破碎模式下的形成机理。定量分析荷电液滴尺寸与电压和流量的关系,得到液滴粒径累计分布规律和液滴粒径分布的Rosin-Rammler函数。研究结果表明,随电场强度增加,液滴尺寸迅速下降,粒径分布均匀性提高。电场使相间作用效果明显增强。     

展向磁场作用下液态金属GaInSn多层膜流实验研究

研究在展向磁场作用下,液态金属GaInSn膜流在有机玻璃方腔多层通道中的流动特性。实验首次采用3台激光轮廓测量仪同时捕捉3个位置的液膜表面2D轮廓变化,实现液膜厚度测量。研究结果表明：在有机玻璃通道内,液膜表面波动随流动雷诺数的增大而明显增加;引入的展向磁场有效地抑制沿磁场方向的表面波动,而对沿流向的波动影响较小。在液膜平均厚度变化方面,随磁场的增强,液膜厚度在较小雷诺数时减小,在中等雷诺数时先减小后增大,在大雷诺数时单调增大。同时,磁场对流动的阻碍作用在大雷诺数下表现得较为明显。相比单层膜流实验结果,多层膜流装置有效地改善膜流铺展性,更易实现在表面的大面积铺展。     

极不均匀热负荷下腔式吸热器受热面流量和壁温分布的试验研究

由于镜场辐射投射到吸热器受热面上同一目标点（即单点聚焦）,造成塔式太阳能腔式吸热器受热面热负荷呈现时间和空间分布的不均匀现象,导致系统工质流量分配特性恶化。搭建用于模拟蒸发受热面水动力特性的试验装置,利用低电压大电流变压器加热,得到各管流量分配及壁温分布规律。从试验角度弥补了腔式吸热器受热面的水动力特性研究的空白,有利于实现腔式吸热器向大容量、高效率、规模化方向发展。     

颗粒-流体密度比对两相流动不稳定性影响的格子-Boltzmann方法模拟

采用格子-Boltzmann方法模拟周期性边界计算域内的颗粒流化。计算采用的流化系统Archimedes数为1 432,对应于颗粒终端Reynolds数为30。研究模拟颗粒浓度为25% ,颗粒-流体密度比为2~1 000时,密度比对流体-颗粒流动不稳定性的影响。密度比的范围对应由液固到气固的两相流动。颗粒与颗粒之间的碰撞采用弹性碰撞。研究获得颗粒平均速度、速度方差、偏度及峰度随密度比变化的规律。结合结构因子的分析,因密度比变化使颗粒-流体流动由稳定转变为不稳定的过程中颗粒速度特性变化与聚团形成的关系被确定,也确定了不稳定流动产生时所对应的密度比范围。     

黏性泥石流残留层减阻机理的蛋清试验

糙率是泥石流防治工程重要设计参数之一,糙率大小直接影响残留层阻力大小.为研究残留层减阻机理,通过40组蛋清试验模拟黏性残留层,观察玻璃球在其上的运动,探讨黏性残留层减阻作用与糙率的关系.在试验数据的基础上,分析残留层糙率与残留层厚度、密度和斜坡坡度的关系,并得出结论：糙率与残留层厚度、密度成正比关系,与斜坡坡度成反比关系.     

波状粗糙壁模型流动的壁面热流和阻力关联关系的数值研究

微粗糙壁面上高速气流的流动和传热特性是当前关注的问题。以半无穷长正弦波状板作为微粗糙壁面模型,使用OpenFOAM程序,数值研究不同来流参数和不同波幅的正弦波状板流动。结果表明,在波状壁流动中,壁面热流系数C_Q与总阻力系数C_D呈现出直接关联,C_Q/C_D是表征粗糙壁流动与传热特性的关键参数。对于附着型流动,C_Q/C_D仅取决于粗糙度与边界层厚度之比,即等效粗糙度h;而流动产生分离后,C_Q/C_D不再随粗糙度变化,仅与波状板相似变化后的位置参量有关。