起伏振动状态下水平管内两相流多尺度熵分析

将振动装置与气液两相流实验回路相结合,对起伏振动状态下水平通道内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并此采集压差波动信号。同时采用多尺度熵方法对102种流动条件6种流型的压差波动信号进行分析。研究结果表明:起伏振动状态下水平管内主要流型包括泡状流、珠状流、炮弹流、弹状-波状流、沸腾波状流及环状流。利用小尺度下样本熵的变化速率特征可以明显区分水平通道内气液两相流型,而大尺度下样本熵的变化特征可以反映不同流型的动力学特性。     

并联矩形突扩微通道气液两相流动特性研究

微尺度下的相变强化传热是微电子领域散热的研究热点,而微通道内气液两相流流型和压降分析是微流动系统设计和控制的基础。本文针对并联矩形突扩微通道,通过流型可视化、理论分析及实验研究的方式,对微通道内两相流动特性进行了分析研究。通过可视化实验,在并联矩形突扩微通道内观察到了4种典型流动,分别为泡状流、塞状流、弹状流和环状流。当Qg=110 mL/min、Ql=20 mL/min时,两相流动流型达到最大程度的射流状态,出现充分流体射流情况。通过建立压降预测模型,结合实验结果分析了压降模型的适用性和精度,结果表明:含有突扩结构的并联矩形微通道在质量流速为367~691 kg/(m^2·s)范围内的压降预测模型的平均预测误差为18.56%,优于经典文献中的预测精度,且随着整体压降的增大,预测精度增大。     

小通道气液两相流流型辨识与LSTM短期预测研究北大核心CSCD

以空气与水为工质,运用压差传感器与光学位置传感器和高速摄像机对水力直径3.0 mm的小通道水平圆管内气液两相流进行实验研究。根据压差波动信号图、光电传感器模拟信号图及高速摄像机拍摄所得流型图对小通道内气液两相流进行流型辨识,辨识结果表明:存在环状流、层状流、间歇流、以及段塞流四种流型;对四种流型所对应压差波动信号进行LSTM循环神经网络的分析预测,结果表明:LSTM循环神经网络预测模型可实现小通道气液两相流压差信号的在线预测,且预测结果精确,四种流型的均方误差分别为0.004、0.0099、0.0075、0.0156。     

微通道平行流换热器分配特性及优化研究

微通道平行流换热器内制冷剂分配不均是限制其进一步推广应用的原因之一,当微通道平行流换热器做蒸发器时,制冷剂在换热器入口为气液两相状态,会加剧其分布不均匀性。本文以气液两相R134a制冷剂为工质,提出一种数值仿真模型,并利用前人实验数据验证了模型可靠性。提出通过改变不同扁管在集管内突出深度以改善制冷剂分配特性的4种方案,利用数值仿真模型进行计算,当质量流速为100 kg/(m2?s),制冷剂干度为0.4时,发现通过改变不同扁管在集管内的突出深度可以使液相制冷剂分配特性改善29.4%~52.4%。     

起伏振动状态下水平管内气液两相流研究

通过将振动装置与两相流实验回路结合的方法,对起伏振动状态下水平管内气液两相流问题进行了实验研究。同时基于FLUENT平台,结合动网格模型及UDF编程手段,通过数值模拟的方法,进一步扩展了研究内容:重点考察了振动工况及流体性质对压降和流型转换的影响。研究结果表明:振动工况下气液两相流动形式不同于稳态工况,主要流型有珠状流、泡弹流、沸腾波状流、波状流以及环状流。振动影响管内压降,但当Re数大于5 600时,无论是振动频率还是振动幅度对压降均没有很大影响。与稳态工况类似,黏度几乎不影响流型转换界限,流体处于高黏度状态时,振动工况对于流型转化及压降的影响减弱。振动频率和振动幅度的增大均使得流型转换界限呈现向外扩张的趋势,且与振动幅度相比,振动频率的改变对流型转换影响更大。     

共轴微通道两相流量对流型及微滴特征的影响

微通道内生成微滴以其可控性和精巧性,在生物、医学和化学等领域得到了迅速的发展和应用。本文研究了直管共轴微通道内两相流流量流型、液滴特征直径和频率的影响。发现了四种流型:柱塞流、滴流、射流和管状流。在(Cac,Wed)图中,Wed为流型变化的控制参量,Cac为次要控制参量。固定分散相流量,液滴特征直径随着连续相流量的增加而减小、液滴频率随着连续相流量的增加而增加;固定连续相流量,液滴特征直径和液滴频率都随着分散相流量的增加而增加。     

表面张力对共轴微通道气液两相流的影响

本文以共轴流微通道芯片为研究对象,采用分散相为氩气、连续相为十二烷基硫代硫酸钠(SDS)的水溶液,在400μm×600μm矩形通道内形成气液两相流。改变表面活性剂的浓度,观察表面张力改变下流型的变化趋势,绘制出以连续相毛细数为横坐标、分散相韦伯数为纵坐标的流型分布图。实验得到滴流、滴状射流、弹状流、环状流的四种流型。随着表面张力减小,弹状流与环状流之间的边界向右移,滴流与射流之间的向边界右移。弹状流与滴流、射流之间的边界向右移不明显。     

水平管内气液两相流诱导振动的数值研究

利用多场耦合有限元软件ADINA,结合任意拉格朗日-欧拉(ALE)动网格方法,对水平弯管内气液两相流诱导振动问题进行了数值模拟研究;重点考察了管结构振动响应特性及流型、体积含气率β和分相折算速度等对激振力的影响。计算结果表明:管结构动态响应表现为低频带内随机振动和周期性振动的混合,响应主频随分相折算速度的增加而逐渐增大。脉动激振力均方根值FRMS在环状流时最大,长泡状流时最小;β在60%~100%范围内且固定两相平均流速时,FRMS随β的增大而减小;FRMS随分相折算速度的增加而增大。最后通过建立数学模型总结出了水平弯管内气液两相流诱导振动的机理,并提出了针对性的减振措施。     

R30在矩形微通道内沸腾换热数值模拟

利用FLUENT软件,采用VOF两相流模型对制冷剂R30在横截面为0.5 mm×0.5 mm、长为500 mm矩形微通道内的沸腾换热进行了数值模拟。以制冷剂入口温度、压力和质量流率作为变量,得出了典型流型、壁面平均温度、换热系数、截面含气率等参数的变化规律。结果表明,提高制冷剂入口温度和压力有利于增强R30在微通道内的沸腾换热,换热系数随着质量流率的增大而增大,随着截面含气率的增大而减小。     

重力热管内部传热传质过程的数值模拟

为了揭示两相闭式热虹吸管(重力热管)蒸发段及冷凝段工质相变传热本质,以其为基础建立数值模型,并基于流体体积函数(VOF)模型确定气液两相间的相界面,对采用工质水和R134a的热管运行过程进行数值分析。研究结果表明:多相流模型对热管内部的蒸发冷凝过程模拟较好,可以直观地再现热管内部的传热传质过程。     

基于流体诱发管道振动的气液两相流型识别

通过对不同流型的气液两相流流经管道时诱发的管道振动特性的实验研究,提出了基于流体诱发振动的非接触式在线两相流流型识别新方法.通过安装于测试管道外壁的振动传感器测量不同流型下气液两相流诱发的振动信号;采用小波包分析提取了表征流型变化的振动信号能量特征向量;以能量特征向量作为模型输入,建立了概率神经网络模型用于识别分层流、...     

微柱群通道内饱和沸腾换热特性实验研究

为实现微小空间高效散热,本文以去离子水为工质,实验研究了工质流经高度和直径均为500μm的微圆柱组成的叉排微柱群通道时的饱和沸腾换热特性,并采用高速摄像机记录了通道内不同加热功率的气液两相流型,实验参数设定质量流速为341~598.3 kg/(m~2·s),热流密度为20~160 W/cm~2,蒸气干度为0~0.2。结果表明:随着热流密度增大,局部沸腾换热表面传热系数近似单调递减。在低干度区,局部沸腾换热表面传热系数随着质量流速的增加而增大,随着蒸气干度的增加而减小;受过冷沸腾气泡影响,工质进口温度越低,局部沸腾换热表面传热系数越大;随着热流密度增大,微柱群通道流动沸腾气泡流型依次为:泡状流、环状流,且泡状流区的局部沸腾换热表面传热系数明显高于环状流区。     

共轴微通道油水两相流流型分析

本文以竖直共轴微通道为研究对象,采用墨水为分散相、润滑油为连续相,二者在微通道内形成两相流,改变分散相流量和连续相流量,观察到了滴状滴、弹状流、喷射滴流、波浪流和线流的五种流型。根据实验数据,绘制出以连续相流量为横坐标、分散相流量为纵坐标的流型分布图。在微尺度下,表面张力和粘性力对流体的运动起主要作用。推导出微滴的特征长度ddrop和频率fdrop的经验公式,微滴的特征长度ddrop正比于(Qd/Qc)1/2,微滴的频率fdrop正比于(Qd+Qc)5/3。     

水下超声速气体射流的初始流动特性研究

为研究水下发射过程中高温高压火药燃气喷射进入液相水过程的流体形态变化与流动特性,采用Mixture多相流模型与蒸发与凝结模型建立了二维轴对称水下超声速气体射流的数值计算模型并进行了相关的数值模拟,得到水下超声速气体射流的初始流动结构。数值结果表明,超声速气体与水介质的强撞击会在气液界面上形成一个强压缩区,且连续撞击形成的压力波反传,使喷管出口射流核心区流场出现周期性脉动。因气液界面上的强剪切作用,而在气液混合区内形成复杂的小激波结构,小激波结构的出现加速了气液界面的失稳,从而促进了气液掺混效应。另外,在气泡内会形成典型的欠膨胀射流结构,因而气泡内的流动特征与单相超声速气体射流情况类似。     

基于声发射技术的气液两相流相含率测量方法

气液两相流动广泛存在于石油、化工、管道运输、核反应堆等领域,利用声发射检测技术的非侵入式优势,对管内两相流动系统的进行无干扰,通过检测气液两相流动噪声,实现气液两相流相含率的测量。通过提取垂直管气液两相流流动噪声信号特征参数,在时域、频域分析方面分辨单相流动与两相流动的差别,研究两相流动的流动机理、流型过渡特性、流动噪声与流动形态之间的关系。在垂直管弹状流流型下,利用重标极差分析法(R/S分析法)对所测得垂直管气液两相流流动噪声进行分析,提取的垂直管两相流声发射信号作为输入量,利用支持向量机回归的方法,克服两相流声发射信号的非线性关系,成功建立相含率测量模型。     

气淮两相流流型BP网络识别

解决气液两相流流型的客观、自动识别一直是工业界和学术界所关注的问题。本以U型科垂直上升段内空气水两相流为例,采用压力、压差波动的不同特征参数的组合,深入研究了对流型自适应BP网络识别的准确率的影响,获得了能够满足工种精度要求的参数波动特征组合方式,本的结果表明,该方法需要建立大量的流型特征的数据库,适用于流型的离线识别。     

双锥流量计气液两相流空隙率测量研究

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.     

长喉颈文丘里管气液两相流弹状流机理研究

为了实现气液两相流相含率测量并得到相关模型,结合气液两相流研究现状,采用近红外光谱技术与高速摄影技术结合的手段,利用近红外系统布置于长喉颈文丘里管喉管位置的新装置,将弹状流相间流动特征与近红外测量系统接收光强信号特征相结合,提出了把弹状流分成泰勒气泡与尾部气泡两部分的简化模型,在数据处理时对近红外接收光强高频信号进行有效分组,建立了新的气液两相流弹状流相含率测量模型。从一定程度上解决了弹状流不同部位的两相交界面对近红外接收探头接收光强信号影响差异较大的问题。新型模型的测量效果较好,所得结果测量误差较小。     

氮氖混合蒸气冷凝气液界面的传热特性研究

基于低温下竖直平板冷凝的实验平台,建立了氮氖混合蒸气冷凝的数值模型,并完善了混合物冷凝过程中的两相扩散系数,模拟结果与实验数据吻合良好。分析了混合物中组分浓度场和气液两相场的分布特征,揭示了液膜上方高浓度氖气扩散层阻碍气液界面传质过程的机理。对比了不同的冷凝温差,进口氖气浓度和主蒸气速度对于混合蒸气冷凝过程的影响。模拟结果表明气液界面的平均传质速率受到冷凝过程的传热温差和气相扩散层内的浓度梯度控制,而壁面平均传热系数则受到液膜厚度和流速影响。通过降低混合蒸气中的氖气浓度和提高混合蒸气的速度可以提升氮氖混合蒸气冷凝传热性能。     

水平气液两相管路压降计算方法研究

气液两相管路压降的准确预测对气液两相流管路的设计和安全运行有着重要的意义。有必要对这些压降计算方法在生产实际中的应用进行研究。本文对两相流的流型判别、持液率和压降的计算方法作了介绍,分析并选取了合适的持液率关系式并结合不同的压降关系式进行计算,通过编写不同压降关系式的计算程序,对水平气液两相管流,选取了冲击流和团状流共六个实例的压降进行了计算,将计算结果与实测值进行了对比分析。通过学习气液两相管流的相关计算方法,加深了对气液两相管流的理解,同时也学到了更多的工程分析方法。