基于声发射技术和小波变换的气-液两相流动噪声特性研究

使用声发射技术对气-液两相流水平管路流动噪声信号进行检测,对采集到的一维时间序列进行小波分解,从流动噪声的角度研究了水平管路气-液两相流分层流向环状流过渡的多尺度能量特征。多尺度能量特征的研究表明分层流和环状流及其过渡状态在流动噪声的声发射能量分布上有着明显的区别。得到的流型转换的数字特征与试验中观察到的流型及其转换阶段是一致的。管道多相流声发射信号能够在多尺度能量分布上表现出两相流系统的复杂性。从而从一个新的角度研究了气-液两相流型转换的特性,为揭示气-液两相流动机理提供了新的手段。     

基于小波分析的垂直上升管气液两相流流型的识别

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。但是, 由于两相流介质之间存在着随机多变的相界面，致使两相流的流型不仅是多种多样，而且其变化也带有随机性，这给流型识别带来了很大困难。该文提出了利用压差波动信号的Lipschitz指数来识别流型的方法。采用小波分析中Lipschitz指数可描述不同流型的压差波动特征，因此，根据计算得到的Lipschitz指数的大小，可以识别出泡状流、间歇流和环状流。     

微重力环境下水平方管内气液两相流动特性的数值研究

基于数值方法,采用流体体积函数模型(volume of fluid,VOF)对10-4g0和g0重力环境下水平方管内空气-水两相流和制冷剂R134a蒸汽-液体两相流进行数值模拟,分别得到泡状流、弹状流、搅混流和环状流4种典型流型,但两种混合物在流型上存在较大差异。通过对数值结果的统计分析,得到两种混合物在不同重力环境下的压降分布。结果显示,微重力下两种混合物的压降均大于常重力环境,且压降都随气、液速度的增大而增大;相同工况下,空气-水的压降大于R134a蒸汽-液体两相流的压降。将得到的压降数值结果与均相流模型、Friedel模型和Chisholm模型依次进行对比。重新根据分液相雷诺数(Reynolds)将流动分为层流区、过渡区和紊流区,并对Chisholm关系式进行了修正。结果显示,修正后的压降模型能较好地预测微重力环境下的气液两相流动压降。根据汽液两相流动特性,分析了发生以上现象的原因。     

管束间气液两相过渡流型及其压力波动特性

采用高速摄像技术对矩形通道内气液两相流体垂直向上横掠2种节距比顺列管束的过渡流型及压差信号进行实验研究,在泡状流流动过程中拍摄到了S形泡状流。分析了各种流型转变的机制,基于实验数据绘制了流型界限图。对比分析了2种管束间不同过渡流型的压差波动信号,发现从泡状流到间歇流再到雾状流压差信号呈减小趋势。2种管束的压差信号波动幅值不同,节距比大的压差信号波动幅值大。实验发现气液两相折算速度对压差信号的波动有明显影响。     

顺列管束间气液两相流型及压降特性研究

采用高速摄像仪研究矩形通道内气液两相流体垂直向上横掠节距比P/D为1.3和1.8的顺列水平管束的流型,拍摄到泡状流、间歇流和雾状流3种典型流型。采用气液折算速度绘制了流型图,发现在低折算液速和折算气速下与前人研究较一致。对比分析了2种管束间不同流型的压降,结果表明:2种管束的泡状流压降最大,间歇流次之,雾状流最小。含气率a在0.15~0.67范围内,P/D=1.8管束的压降大于P/D=1.3管束的压降。含气率a小于0.15和大于0.67时,大节距比管束的压降反而小于小节距比管束的压降。对压差波动信号的功率谱特征进行分析的结果表明,利用压差时域信号的功率谱特性可以鉴别流型。     

分离式热管流动特性的研究

普遍认为蒸发段管内工质的流动依次为单相液流、弹状流、泡状流和环状流 ,通过可视化试验 ,发现在保证热管工作效率及安全性的前提下 ,蒸发段工质的流动除单相液流和泡状流外 ,还存在一种飞溅降膜流的流型 ,它对热管的蒸发换热有很大影响。试验表明 ,在飞溅降膜区内汽泡夹带液滴向上飞溅的频率及高度均与热流密度有关 ,当热流密度q≥ 2 0kW /m2 ,频率稳定在f0 =0 .82 4Hz时 ,飞溅高度保持在蒸发段有效高度的 42 %～ 5 0 %。分离式热管的这种流动特性是确定其合理充液率及传热特性的重要依据。     

重力对垂直管内气液搅混流相界面特性影响的数值研究

采用流体体积函数模型(VOF)对常重力、部分重力和微重力环境下垂直管内空气–水搅混流和制冷剂R134a蒸汽–液体搅混流进行数值模拟,研究重力环境对气液搅混流界面波高度,相界面稳定性及界面波形成周期的影响。与实验结果的对比显示数值模型是可靠的。数值结果表明,随着重力环境的减小,气液搅混流的界面波高度有所增大,相界面稳定性明显增强,界面波形成周期随之延长。空气–水搅混流界面波与R134a蒸汽–液体搅混流相比有显著不同。尽管R134a蒸汽和R134a液体的入口速度较小,但与空气–水搅混流相比,其相界面稳定性明显下降,形成周期缩短。上述结果对微重力和部分重力下换热设备的研究与设计提供了重要依据。     

气液两相流图像区域相似值序列的混沌特性研究

应用一种将视频信号的每一帧图像分块成小的区域,每相邻两帧图像的相邻两区域进行灰度相似值计算,组成时间序列的新方法,对时间序列分别求取最大李亚普诺夫指数,组成最大李亚普诺夫指数矩阵。利用李亚普诺夫指数的特征将气液两相流视频划分为混沌特性不同的区域,分别采用0、1分布图谱以及三维图谱,对其从整体以及细节两部分进行分析。结合最大李亚普诺夫指数矩阵的分形盒维数与香农熵两个特征,对气液两相流型流动机制进行辅助分析。实验结果表明,由于气液两相流视频图像的背景与变化相界面具有强度不同的混沌特性,图像小区域分块灰度相似值序列结合最大李亚普诺夫指数的方法能够区别出不同流型的流动特性,是一种有效的分析气液两相流图像信号的新方法。     

垂直透明管道中气泡空间位置测量方法的研究

介绍了一种在线检测气液两相流中气泡空间坐标的新方法.该方法基于数字图像处理技术,采用高速摄像机系统,对垂直透明管道中上升的气泡进行实时拍摄和图像采集,利用边缘检测和图像填充技术提取并计算气泡尺寸;设计了基于单CCD摄像机的立体视觉测量系统,建立成像模型和误差分析模型,从而计算出气泡的三维坐标.实验结果表明:该方法能够测量出气泡的空间位置.     

中心正交旋转管道内流动沸腾汽液分布特性的数值分析

采用计算流体动力学方法对旋转工况下,管道中汽液两相流的流动沸腾分布特性进行数值分析。基于VOF模型、k-ε湍流模型及UDF进行数值计算。数值结果显示,管道流动沸腾汽液两相流型受热载荷、旋转载荷以及流动载荷的耦合影响。在文中计算工况范围内表现为汽液两相流型由规则、稳定的泡状流转变为紊乱的弹状流甚至雾状流。流型转变的实质是管道旋转使流体受到离心浮力的作用,径向流动增强使稳定流型破坏。     

基于希尔伯特-黄变换与Elman神经网络的气液两相流流型识别方法

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大的影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。但是,由于两相流介质之间存在着随机多变的相界面，致使两相流的流型不仅是多种多样，而且其变化也带有随机性，这给流型识别带来了很大困难。而希尔伯特－黄变换(HHT)和神经网络在气液两相流流型识别中还很少见，文中提出了希尔伯特－黄变换与Elman神经网络相结合的气液两相流流型识别的新方法。将压差波动信号经验模态分解(EMD)后的固有模态函数(IMF)进行分析，提取IMF能量特征作为Elman神经网络的输入特征向量，对水平管内的气液两相流流型进行识别。实验结果表明：该方法能很好地识别水平管内的4种流型，为流型识别开辟了一条新的途径；另外，该方法优于BP网络且稳定、识别率高，具有可行性。     

水平管内气液两相泡状流的多尺度分形分析

为了探讨气液两相流泡状流的非线性、非均匀性和混沌特性机制,利用高速数据采集系统对水平管内气液两相流的压差波动信号进行测量.结合小波模极大值理论,对采集的压差波动信号用db2小波在1～9尺度下进行分解,再分别对分解的信号进行Hurst分析.通过对压差波动信号不同尺度下的细节信号和概貌信号研究,发现在不同尺度下表现出不同的分形结构,1、2尺度的细节信号只有一个明显的Hurst指数,且小于0.5,反映了微尺度的气泡与气泡之间的相互作用;3～7尺度的细节信号具有2个Hurst指数,分别小于0.5和大于0.5,表现为多分形特征,反映了介尺度的液体和气泡之间的相互作用;8、9尺度的细节信号也只有一个Hurst指数,且大于0.5,主要体现了宏尺度的整个气液两相系统与管壁之间的相互作用.各尺度的能量分布表明,压差波动信号主要体现了微尺度的气泡与气泡之间的相互作用.     

管束间压差波动信号的递归特性分析

基于2种节距比管束间的不同流型的压差波动信号,采用递归定量分析法研究了泡状流、间歇流、雾状流3种典型流型及过渡流型的动力学特性。研究结果表明：泡状流在递归图上表现为孤立点状结构,间歇流递归图兼顾点状和块状结构,具有较强的混沌特性,雾状流沿对角线纹理发育好,周期性突出。压差信号的递归纹理结构清晰地演化了其动力学特性,且递归特征量随气相折算流速变化明显,为两相流流型机理的研究提供新思路。     

叶片数对泵自吸特性影响的可视化试验研究

为研究自吸泵不同叶片数的自吸特性,本文探讨在不同叶片数下自吸泵的内部流动状态和自吸时间的差异和规律。搭建了可视化试验平台,从试验的角度出发,直观地研究自吸泵的自吸过程,通过对比和分析研究了双叶片、三叶片和四叶片的自吸泵在不同阶段的气液两相分布与气液混合流在自吸过程中随时间的演化,进一步揭示叶片数对自吸泵自吸时间的影响机制。试验还使用高速摄像机对自吸泵内部流动情况进行了拍摄,更加深入研究了不同叶片数下的自吸泵泵内气液混合、气液分离及气液回流等过程,揭示叶片数对自吸泵自吸过程各个阶段的气液两相流态的影响规律,为自吸泵叶轮设计提供参考和依据。     

基于超声波的气液两相流测量技术综述

对目前国内外采用超声波测量气液两相流的三种最新方法——超声波散射法、超声波多次回波反射法、超声波透射法进行了介绍,分别阐述了三种方法的基本原理和测量方法,对各自的特点和不足进行了分析,对声波在气液两相流中的最新研究进展进行了总结。     

流型频繁切换下科氏质量流量计驱动特性研究

在科氏质量流量计测量过程中,流量管振动幅值的控制很重要。当单相流与气液两相流频繁切换的情况发生时,使用当前的控制方法流量管会出现振动幅值大幅衰减和超调的问题。为此,设计了一套实验方案,进行实验,分析了出现该问题的原因。针对该问题,提出变驱动周期的方法和变积分限幅值的方法,在所研制的数字式科氏质量流量变送器上实时实现,并进行实验验证。实验结果表明,变驱动周期的方法有效地降低了单相流切换到气液两相流时流量管振动幅值衰减的程度,变积分限幅值的方法很好地解决了气液两相流切换到单相流时流量管振动幅值大幅超调的问题。     

Prediction of friction pressure drop for low pressure two-phase flows on the basis of approximate analytical models

Wide use of natural circulation loops operating at low redused pressures generates the real need to develop reliable methods for predicting flow regimes and friction pressure drop for two-phase flows in this region of parameters. Although water–air flows at close-to-atmospheric pressures are the most widely studied subject in the field of two-phase hydrodynamics, the problem of reliably calculating friction pressure drop can hardly be regarded to have been fully solved. The specific volumes of liquid differ very much from those of steam (gas) under such conditions, due to which even a small change in flow quality may cause the flow pattern to alter very significantly. Frequently made attempts to use some or another universal approach to calculating friction pressure drop in a wide range of steam quality values do not seem to be justified and yield predicted values that are poorly consistent with experimentally measured data. The article analyzes the existing methods used to calculate friction pressure drop for two-phase flows at low pressures by comparing their results with the experimentally obtained data. The advisability of elaborating calculation procedures for determining the friction pressure drop and void fraction for two-phase flows taking their pattern (flow regime) into account is demonstrated. It is shown that, for flows characterized by low reduced pressures, satisfactory results are obtained from using a homogeneous model for quasi-homogeneous flows, whereas satisfactory results are obtained from using an annular flow model for flows characterized by high values of void fraction. Recommendations for making a shift from one model to another in carrying out engineering calculations are formulated and tested. By using the modified annular flow model, it is possible to obtain reliable predictions for not only the pressure gradient but also for the liquid film thickness; the consideration of droplet entrainment and deposition phenomena allows reasonable corrections to be introduced into calculations. To the best of the authors' knowledge, it is for the first time that the entrainment of droplets from the film surface is taken into consideration in the dispersed–annular flow model.     

微尺度通道内气液两相流型可视化研究

建立微尺度通道流动沸腾换热试验台,采用高速摄像仪对水平微尺度单管（内径0．8mm）内低沸点制冷工质（R32／R134a（25％／75％））气液两相流动特性进行可视化观察研究分析,获得了流型照片。在各种质量流量和进口干度下对工质在微尺度管内的两相流流动特性进行了试验,观察到了各种工况下流型的转化特点,对流型的影响因素进行分析。试验工况为：质量流量G=760～10360kg／（m2．s1,进口干度x=0．01～0．77。实验结果表明：在较高的质量流量工况下,工质在微尺度单通道内的流型比较单一,主要呈气状流／雾状间隔流动。在进口质量干度较低的情况下,也会出现比较明显的环状流,但液膜总处于波动状态,有不稳定现象。无论什么工况,均没有出现像常规通道内的分层流动现象。·