槽式孔板的气液两相压降倍率特性

采用mixture多相流模型、realizable湍流模型与simplec算法,应用cfd软件fluent对内混式自吸泵自吸过程的气液两相流进行了数值模拟。通过分析不同含气率条件下流场的压力分布、速度分布、气相分布,探讨了气液两相介质在泵内的运动情况,一定程度上揭示了内混式自吸泵自吸过程的内部流场变化规律,为自吸泵的设计提供更多的参考依据。

采用雷诺时均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,通过商用软件fluent,对自吸时旋流自吸泵内气液两相流场作了数值模拟.在对蜗壳流道和叶轮流道进行网格划分时,尺寸扭曲率为0.78.根据模拟结果,将泵内两相流场的静压分布,与单液相时的静压分布作了对比,并比较了叶轮内气相与液相相对速度的分布情况.另外,对含气率的分布情况作了分析.结果表明,自吸时气液两相状态下的静压稍小于单液相状态下的静压;泵内的主要流动是液相通过相间作用夹带气相的流动,液相速度略大于气相速度;靠近泵出口的两个叶道内,有气相的积聚,含气率较高.

设计了一种新型多圈环形管用于气液两相流参数的测量,对环形管上升段水平方向内外侧差压波动信号进行了分析,采用无因次分析方法获得与差压波动信号均方根相关的特征量,建立了此特征量与容积含气率的关系模型,并在此基础上进行了实验.实验结果表明与差压波动信号均方根有关的特征量和容积含气率存在一定的关系,在考虑到气体密度的影响之后,引入气体密度对关系模型进行修正,建立了差压波动信号均方根和容积含气率量纲1的线性关系模型.在容积含气率小于0.65时,气液两相流的容积含气率测量误差小于5%,为气液两相流的容积含气率测量提供了一种方法.

辅助高速摄影仪对正方形小通道内氮气-水两相流向上流动进行可视化观察,对流动特性进行了实验研究,获得了典型的流型图像。采用数字图像处理技术对流型图像进行了处理,检测得到气相的周长、面积,并通过提出的假想圆柱体模型计算和统计得到了截面含气率。将压降实验数据分析结果与典型的分相流、均相流压降模型预测值比较,结果表明,chisholm关系式能较好地预测两相流的压降变化,lee&lee关系式和dukler关系式可较好地预测低表观速度时的两相流压降。

以氮气和水为实验介质,利用高速摄像机对水力直径为1.15mm的矩形小通道内的气液两相垂直向上流动特性进行可视化研究,依次得到泡状流、弹状流、搅拌流和环状流4种典型的流型图像。针对小通道内气泡之间相互无遮掩性的优势,运用图像处理技术对流型图像分形增强,检测气泡边缘并填充后根据提出的气相体积模型,得到两相流动的含气率。结合实验数据,根据分液相reynolds数把流动分为层流区、过渡区和紊流区,并对chisholm关系式进行修正,结果表明:修正后的压降模型能较好地预测本文实验结果。

以空气、水为工质,对进口和出口水平管内气液两相流流过闸阀的局部阻力特性进行了研究。管内直径38mm、阀门通径40mm。根据实验结果,总结出了空气和水两相流体流过闸阀时的局部阻力变化规律,并与前人的结果进行比较,提出了闸阀局部阻力修正系数,计算值和实验符合良好。

伊拉克某油田现有的c列第3级生产分离器由于原设计缺陷,造成原油处理c列处理能力严重不足,出现气液夹带、液位超高等问题。对分离器进行技术评估后认为,由于该分离器本来直径就小,再加上气出口位置偏低,分离缓冲空间小,造成气液分离不充分,液相波动时液体冲入气管线,形成气液夹带。另外,由于设备内部没有任何辅助分离结构,气体中的液滴无法聚集沉降,气体含液率高。技术改造方案为:将气管线出口由侧面改到罐顶,利用直径500mm人孔作为气体出口；设置集气包,在内部安装叶片式捕雾芯；将现有气管线出口用盲板封堵,作为通风孔。根据改造方案进行工艺计算,以液相分离计算的结果以及控制时间的要求来确定液位设置,结合分离器的内部结构及气液分离情况来确定桑德-布朗系数,计算最大气体流速和气体停留时间。改造完成后,分离器能够满足气液分离的要求,c列产量增加,液位控制稳定,达到了生产去瓶颈的目的。

伊拉克某油田现有的c列第3级生产分离器由于原设计缺陷,造成原油处理c列处理能力严重不足,出现气液夹带、液位超高等问题.对分离器进行技术评估后认为,由于该分离器本来直径就小,再加上气出口位置偏低,分离缓冲空间小,造成气液分离不充分,液相波动时液体冲入气管线,形成气液夹带.另外,由于设备内部没有任何辅助分离结构,气体中的液滴无法聚集沉降,气体含液率高.技术改造方案为:将气管线出口由侧面改到罐顶,利用直径500mm人孔作为气体出口;设置集气包,在内部安装叶片式捕雾芯;将现有气管线出口用盲板封堵,作为通风孔.根据改造方案进行工艺计算,以液相分离计算的结果以及控制时间的要求来确定液位设置,结合分离器的内部结构及气液分离情况来确定桑德-布朗系数,计算最大气体流速和气体停留时间.改造完成后,分离器能够满足气液分离的要求,c列产量增加,液位控制稳定,达到了生产去瓶颈的目的.

利用tsi-1268w热膜探针测量了内径为35mm的水平管内气液两相泡状流的壁面切应力,得到了充分发展段上壁面切应力沿周向的分布数据。测量结果表明,液相中加入气泡后,在管道下部的壁面切应力增大,在含气率较高的管道上部出现了壁面切应力减小的现象。随着气相流速的增加,管道上部的壁面切应力有较小幅度的降低,管道中下部的壁面切应力有较大幅度的增加。

气液两相流技术是蒸发冷却电机冷却系统设计的关键问题,本文围绕电机空心导线内气液两相流动的研究展开论述,从经验模型和唯象模型两个角度叙述了近年来微矩形管道内气液两相流动取得的进展及存在的问题,并提出了新的研究方向。介绍了蒸发冷却电机在中国的发展现状和未来展望

流型是两相流中非常重要的流动参量,不同流型下的两相流流动特性及传热传质性能有很大不同。流型也严重影响着两相流参数测量的准确性。利用新近研制的两相流电导传感器,在垂直上升气液两相流管中采集了不同流型下的电导波动信号,采用wigner-ville分布(wvd)在时频域内处理了电导波动信号,观察到了wvd特征与流型之间的关系,取得了较好的气液两相流流型辨识效果。

为了获得管道充气排液过程的两相流动状态,采用vof模型对管道充气排液工况进行了数值模拟研究。模型考虑了液体表面张力、壁面粘附力,流体粘度,管壁粗糙度以及气体可压缩性效应,并采用结构化网格和自适应网格加密技术,对两相界面进行了跟踪,观察了这一工况下的气液两相混合及界面变化过程,分析了充气过程中不同时刻的管道内压力分布、气相体积分数、管流摩阻和能量交换情况,得到了这一工况下气液两相的流动特征。模拟结果也表明,在进行适当的网格划分和参数设置,vof模型可以用于非自由表面的有压流动的数值模拟。

文章采用cfd软件,利用vof气液两相流动模型,滑移网格技术和二阶精度迎风格式数值研究了水环真空泵的泵壳内的三维两相流动特性。文中给出了计算结果的三维两相分界面,速度矢量和静压等值线分布的分析,结果与经典理论分析结论一致,验证了本文数值计算方法的可靠性。本文工作为理解和掌握水环真空泵内部真实流动特性和提高水环真空泵的效率提供理论依据和数据参考。

对球形颗粒填充通道内的空气-水竖直向上两相流动流型进行了可视化实验研究。实验段填充球直径分别为3、5和8mm,气相表观流速为0.005～1.172m/s;液相表观流速为0.004～0.093m/s。实验观察得到4种典型流型:泡状流、串状流、液柱脉冲流和乳沫脉冲流,并绘制出流型图,其中脉冲流占据较大区域。通过与常规通道流型图对比发现:由于填充颗粒的影响,球床通道泡状流区域较常规通道显著减小。对比3种球床通道流型图得到:随着颗粒直径的增加,串状流区域增大;在低液相流速下,对于8mm直径颗粒,串状流可直接过渡到乳沫脉冲流。

运用流场计算软件fluent,对轴流泵叶轮内气液两相三维流场进行了数值计算,分析了水气混合工况下的流动参数分布特点。通过对叶轮流道内的静压分布及含气率分布的分析,揭示了气泡在叶轮流道中的分布特征。研究发现,在不改变叶片安装角的情况下,随着流量的增加,冲角发生变化,导致气泡聚积现象从叶片的背面移到叶片工作面。此外,在叶片背面靠近轮毂处和叶片背面的轮缘处易发生气泡的聚积。

针对气液两相流流过槽式孔板时产生的差压信号呈现出的非高斯特性,提出了一种基于高阶谱技术的信号分析方法.通过对槽式孔板两端差压信号进行的双谱分析,提取了不同流量下信号的非高斯特征.以信号的双谱幅度最大值和双谱切片幅度最大值作为特征参数,对不同流型、流量下差压信号偏离高斯分布的程度进行了定量估计.结果表明,提取的特征值不仅可作为气液两相流流型转变的判据,而且还为进一步优化两相流流量计的设计提供了参考.

在压力为9～22mpa,质量流速为600～1200kg/(m2·s),含汽率为0～1的工况范围内,对φ38.1mm×7.5mm的6头内螺纹管中汽-液两相流体的摩擦压降特性进行了试验研究。试验段采用水平绝热布置。试验结果表明:压力对两相流摩擦压降的影响很大,随压力增加,两相流摩擦压降倍率减小,在临界压力附近,两相流摩擦压降倍率趋近于1;随含汽率增加,两相流摩擦压降倍率先增加,然后有减小的趋势;随质量流速增加,两相流摩擦压降倍率减小。用于计算单相水摩擦压降系数以及用于计算汽-液两相流体摩擦压降的试验关联式被提供。

简述了在气液两相流的工况下的调节阀的选型,通过对气液两相流的工况的分析,计算出其口径,并对这种工况下阀门的精度及材质做了简单的介绍。

以空气和水为工质,对螺旋管内气液两相流动阻力特性进行了实验研究,得到了不同工况条件下螺旋管内阻力数据,分析了质量流量及干度对管内阻力的影响,采用回归分析法建立了螺旋管内摩擦阻力系数关系式,确立了摩擦阻力与相关物理量的函数关系,在此基础上建立了螺旋管内气液两相流动摩擦阻力的计算公式,并用未参加回归分析的实验数据验证了该阻力计算公式。结果表明,螺旋管内气液两相流摩擦阻力随干度的增加呈线性增加,随质量流量的增加呈指数增加,所建立的管内摩擦阻力计算公式的计算值与实验值吻合得较好。

在实验研究的基础上,采用小波分析的方法对窄矩形通道内两相流的流型进行有效的识别,为在不可视或不能进行摄影测试技术特殊情况下提供了有效识别方法。通过可视化观察发现,窄矩形通道内两相流流型主要有泡状流、弹状流、搅混流和环状流。采用小波分析法给出了4种流型的功率密度图,并结合每种流型的特征及压差波动特性,对每种流型的频率分布范围及最大能量分布范围给出了界定。因此,利用频率分布特征值及最大能量分布值可对流型进行有效的识别和判定。

准确判断输气管道内气液两相流流型是深入输气管道工程研究与应用的基础。本文分别介绍了垂直上行管段和水平管段两种情况下输气管道内气液两相流的流型的分类方法,分析了影响输气管道内气液两相流流型的主要因素,并研究了目前主要的输气管道气液两相流流型的监测技术,对于输气工程研究与应用具有重要现实意义。

设计了一种结构简单、对加工工艺要求较低的双锥流量计,并用于气液两相流参数的测量.提取双锥流量计的差压波动信号的特征值,采用无量纲分析方法建立分相含率的测量模型,通过优化方法获得局部最佳的模型参数.在气液两相流实验装置上开展了实验研究.结果表明,所建立的分相含率测量模型可在一定的空隙率范围内对气液两相流含气率进行有效的测量.