基于旋转分相单元的电容式气液两相流含液率测量

为提高电容器对含水率测量的能力,设计与其相匹配的旋转分相单元,以实现气液两相流含水率的起旋分相式电容测量。在电容传感器的测量单元基础上,增加旋转分相单元,利用气液两相流体力学理论对其结构进行设计优化,并根据实际应用条件确定分离圈数,保证气液分相效率。旋转分相单元克服了气液两相流流动形态的多样性,将体积含水率信息转换成液膜厚度信息及截面含水率信息进行测量。经实验验证,Lockhart-Martinelli截面含气率模型与实验中电容器测量截面含气率具有良好的一致性,其能够实现对体积含水率20%以内的气液两相流有效测量,体积含水率的绝对误差在±2%以内。     

基于双锥流量计差压信号的气液两相流参数测量

设计了一种结构简单、加工工艺要求较低的双锥流量计,在此基础上提出了基于单个差压式流量计的气液两相流参数测量方法。提取双锥流量计差压波动信号的无量纲特征值,利用该参数建立气相体积含率的测量模型。通过对双锥流量计差压信号均值的分析表明,Lockhart-Martinelli常数与准气相流量比存在优良的线性关系,根据该线性关系建立了双锥流量计气液两相流流量测量模型。在气水两相流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实验范围内对气相体积含率进行有效的测量,测量相对误差在8%以内;对气液两相流总流量和液相流量的测量误差可在5%以内。     

矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率分布实验研究

应用电导探针测量技术,对矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率进行实验研究。在不同的气相折算速度下,应用电导探针测量了弹状流弹单元的长度,并与可视化方法进行对比,验证了电导探针的可靠性,并为信号处理选择合适的阈值。分别在泡状流、弹状流及环状流三种流型的条件下,分析了气相与液相折算速度对局部含气率分布的影响。实验结果发现,螺旋通道气液两相局部含气率呈非对称的抛物线形分布,这种非对称性受流型和液相折算速度的影响。     

气液两相流电容传感器相浓度测量特性

为了考察两种电容传感器(对壁式及双螺旋式)测量气液两相流相浓度的适应性,搭建了垂直上升气液两相流电容传感器测量系统。实验表明对壁式电容传感器测量分辨率较差,而双螺旋式电容传感器对相浓度具有较高的分辨能力。采用时频分析方法对电容传感器波动信号进行了分析,发现两种电容传感器的时频联合表达均能清晰地表征流型运动特征,并可对流型进行有效辨识。最后,基于双螺旋式电容传感器测量信号,建立了气液两相流漂移模型,取得了对段塞流和混状流分相表观流速较好的预测结果。研究表明,双螺旋式电容传感器在气液两相流流动参数测量上具有较好的应用前景。     

涡街流量计测量气液混相流的不确定度

涡街流量计可用于部分混相流的测量,但迄今为止有关混相流对涡街流量计测量特性的影响还缺少理论研究和实践经验.在体积含气率为2.0%～15.0%的范围内,评定了用涡街流量计测量气液混相流的不确定度,提出涡街流量计测量气液混相流的不确定度计算式.实验以空气和水为介质产生气液混相流,涡街信号通过管壁差压法采集,涡街频率通过功率谱分析获得.结果表明在保持涡街流量计一定测量准确度的前提下,涡街流量计相对扩展不确定度随气液混相流流量及其体积含气率的分布比较均匀;在涡街频率测量的不确定度分量中,由重复性和复现性引起的相对标准不确定度随流量的变化呈现出较强的随机性,而由频率分辨率引起的相对标准不确定度则随着流量的增加而减小.在本研究的流量与体积含气率范围内,由气液混相流引起的涡街流量计附加相对不确定度小于2.0%.这一研究为分析气液混相流对涡街流量计测量特性的影响提供了有益的借鉴.     

γ射线法测量高压管束间气液两相流的截面含气率分布

在立式蒸汽发生器垂直管束间的气液两相流中，截面含气率是其中一个重要参数。使用γ射线法对高温高压下垂直管束间气液两相流截面含气率的分布规律进行了实验研究。实验压力分别为5、7、9 MPa，质量流速为300 kg/(m²?s)，热力学干度的范围为0.003 ~ 0.4。实验得到了垂直管束间截面含气率随热力学干度、体积含气率和压力的变化关系；并与经典公式的计算结果对比发现，在低干度区域，实验结果与Miropolskii模型、Smith模型和Armand模型偏差较大，均大于30%，在高干度区域偏差较小；基于Armand理论，通过多元线性回归法拟合出本文工况下平均截面含气率的计算关联式，与日本核动力工程公司(NUPEC)的实验数据偏差小于15%。本研究对蒸汽发生器的结构设计和流动特性研究具有重要意义。     

基于分相流模型的气液两相流流量测量

从伯努利方程出发,基于分相流模型,推导出气液两相流流过文丘里管的流量公式.在分析了两相流通过节流装置的实际流动情况后,作者认为气液两相滑移比是影响流量公式误差的一个重要因素.在理论与实验研究的基础上,作者提出了气液两相流流过文丘里管的滑移比经验关联式.利用作者提出的滑移比经验关联式和分相流模型的流量公式测量两相流流量,体积流量误差的均方根小于5.1%,表明该方法适用流过文丘里管的两相流流量测量,尤其对于两相流动激烈的两相相互作用区域,流量误差满足测量的要求.     

矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率分布实验研究

应用电导探针测量技术,对矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率进行实验研究。在不同的气相折算速度下,应用电导探针测量了弹状流弹单元的长度,并与可视化方法进行对比,验证了电导探针的可靠性,并为信号处理选择合适的阈值。分别在泡状流、弹状流及环状流三种流型的条件下,分析了气相与液相折算速度对局部含气率分布的影响。实验结果发现,螺旋通道气液两相局部含气率呈非对称的抛物线形分布,这种非对称性受流型和液相折算速度的影响。     

利用U形管测量低压环雾状流与液束环状流体积含气率

由能量方程出发,根据U形管垂直上升段与下降段的重位压降与摩阻压降的大小及方向之间的关系求得体积含气率测量模型,并通过实验研究了体积含气率测量误差的影响因素,利用体积含气率测量误差与流动密度测量值之间的线性关系对体积含气率进行了修正,使测量精度明显提高,并通过独立实验进行了验证。最后分析了U形管测量低压气液两相流体积含气率的适用范围。     

γ射线法测量高压管束间气液两相流的截面含气率分布

在立式蒸汽发生器垂直管束间的气液两相流中,截面含气率是其中一个重要参数。使用γ射线法对高温高压下垂直管束间气液两相流截面含气率的分布规律进行了实验研究。实验压力分别为5、7、9 MPa,质量流速为300 kg/(m~2·s),热力学干度的范围为0.003～0.4。实验得到了垂直管束间截面含气率随热力学干度、体积含气率和压力的变化关系;并与经典公式的计算结果对比发现,在低干度区域,实验结果与Miropolskii模型、Smith模型和Armand模型偏差较大,均大于30%,在高干度区域偏差较小;基于Armand理论,通过多元线性回归法拟合出本文工况下平均截面含气率的计算关联式,与日本核动力工程公司(NUPEC)的实验数据偏差小于15%。本研究对蒸汽发生器的结构设计和流动特性研究具有重要意义。     

脱气除油旋流系统流场分布及分离特性

目前我国大部分油田已进入高含水阶段，且采出液中常带有大量伴生气，采用旋流分离法实现采出液高效分离对于简化陆上油田地面处理工艺及提升海上平台经济环保的采出液处理技术具有重要意义。脱气除油旋流系统由GLCC型气液分离器和油滴重构旋流器串联组成，设计的目的是在保证高效脱气的同时进一步改善对小油滴的去除效果，实现油气水三相高效分离。本文基于计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）方法，利用种群平衡模型（population balance model，PBM）模拟油滴破碎与聚结，对脱气除油旋流系统内部流场特性及粒度分布进行模拟分析，并采用数值模拟与试验相结合的研究方法，对比分析不同含气体积分数和气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离性能的影响规律。结果表明：含气体积分数与气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离效率的交互作用较显著，在研究范围内综合脱气效率和除油效率可以得到，含气10%、20%、30%的最佳分流比分别为25%、30%、35%，数值模拟结果与试验结果吻合良好，验证了数值模拟方法的可靠性。另外，含气体积分数越大，油滴重构旋流器的油滴分层重构现象越明显，油滴重构旋流器可以在一定程度上改善含气情况下油水分离效果差的现象，脱气除油旋流系统对油气水三相分离的适用性较好。     

Gas–liquid mass transfer and bubble size distribution in a multi-Cyclone separator

This article discusses the use of a multi-cyclone separator, which is a simplified form of a degassing hydrocyclone, in the separation of sweeping nitrogen bubbles and dissolved oxygen from water. The motion of the nitrogen bubbles and mass transfer of dissolved oxygen is discussed. It was observed that the Sauter mean diameter and gas volume in the swirling flow region as well as the total gas holdup increased as the volumetric ratio of gas to liquid flow increased. Almost all bubbles were found to exit through the gas outlet, indicating optimum performance of the bubble-separation process. The multi-cyclone separator was found to achieve good performance for the mass transfer of oxygen from water to nitrogen. This work is important in predicting the destination of bubbles and dissolved gas in swirling flow. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 65: 215–223, 2019     

新型复合T型管对液液二相流的分离

T型管分离器是一类新型的二相流分离器,具有集约、连续、简单、经济、安全以及安装、更新、维护方便等优点,缺点是简单T型管作为分离器在分离二相流时的分离效率往往不高,只能起到部分分离的作用。新型复合T型管是对简单T型管的一种改进,以期能提高二相流的分离效率。以煤油和水为液液二相工作介质,用主管水平,侧支管垂直向上的简单T型管和复合T型管作为二相流分离器,在分层流和有混合界面的分层流的二相流型条件下,进行二相流的相分离实验。实验结果表明:2种流型下复合T型管对二相流的分离效果都比简单T型管好,增加复合T型管的连接管数,能进一步提高分离效率;在分层流时连接管数为5管及以上的复合T就能将液液二相完全分离;入口流型中二相的混合程度越高,最高分离效率越低;水相体积分数对分离效率的影响与流型相关。复合T型管分离液液二相流技术具有很好的工业应用前景。     

双螺旋电容传感器水平油水两相流液相持率测量特性(英文)

This paper presents the characteristics of a double helix capacitance sensor for measurement of the liquid holdup in horizontal oil–water two-phase flow. The finite element method is used to calculate the sensitivity field of the sensor in a pipe with 20 mm inner diameter and the effect of sensor geometry on the distribution of sensitivity field is presented. Then, a horizontal oil–water two-phase flow experiment is carried out to measure the response of the double helix capacitance sensor, in which a novel method is proposed to calibrate the liquid holdup based on three pairs of paral el-wire capacitance probes. The performance of the sensor is analyzed in terms of the flow structures detected by mini-conductance array probes.     

气固两相流电容相关流量测量仿真研究

以气/固两相流互相关测量系统为研究对象,采用计算机仿真的方法,对由电容传感器构成的基于离散相浓度的电容互相关流速测量机理进行研究。利用ANASYS软件分析电容传感器与离散相浓度的关系;采用Monte-Carlo方法,建立气/固两相流动模型;研究＂凝固流动图型＂、＂非凝固流动图型＂,离散相浓度、粒度及速度分布对互相关测量系统的影响。     

气-液旋流分离器流场数值模拟研究

为研究旋流分离器内部气体和液滴的运动情况和分离机理,用流体动力学软件Fluent对旋流分离器内部流场和液滴的运动状况进行了数值模拟研究,在模拟过程中,采用k-epsilon(2 eqn)方程来模拟气相旋流流动,采用Lagrange方法模拟液滴运动。模拟结果表明,旋流分离器内部流场呈旋转分布,分为内、外两个流场,在不同流动区域,气体压力场、速度场分布成规则变化;液滴的运动较为复杂,带有随机性;总体运动轨迹的形状与气相流场的分布趋于一致。     

Development of a new type high-efficient inner-cone hydrocyclone

Performance of a hydrocyclone can be influenced by many factors, such as structural type, geometric parameters and operation parameters, among which the structural type plays a very important role. The separation principle of a typical hydrocyclone was introduced. Focused on a gas–liquid separation, numerical simulation of the typical hydrocyclone was carried out. The gas phase fraction distribution was analysed. It is shown that the separation effect was not satisfactory. A revising idea was thus proposed and developed step by step, so a new inner-cone hydrocyclone (ICH) was designed. The inner-cone structure was thought to provide a more stable flow field for phase separation. It functions like a gas carrier that is beneficial for radially separated gas congregating on and growing into larger gas bubbles. It also produces an upward pushing force to gas bubbles, so as to enhance the gas–liquid separation performance, although the ICH has lower inner tangential velocities than the typical hydrocyclone. Numerical simulation and experimental study verified the analysis. Pressure drop of the ICH is much lower than that of the typical hydrocyclone; and the ICH has a wider scope for the change of liquid split ratio or inlet gas–liquid ratio. Development of the ICH would provide a new thought for the design of other separators.     

Investigation on Separation Efficiency in Supersonic Separator with Gas-Droplet Flow Based on DPM Approach

Supersonic separator is a new technology based on the adiabatic expansion of swirling gas flow, and at present it has demonstrated great application potential in separating and processing droplet liquid contained in natural gas. However, its coefficient of performance is still low and there seems to be a large gap in the method that evaluates the separation efficiency in a satisfactory manner. In order to promote the wide application of this technology in the dehydration field, it is necessary to find a new and feasible approach that can be used to predict the flow characteristic and separation performance inside a supersonic separator. In this paper, a comprehensive three-dimensional fluid numerical model to study the flow behavior and separation efficiency in a supersonic separator was established coupled with the discrete particle model (DPM). The mixture of air and water droplets was chosen as working fluid. The gas phase was modeled with compressible Navier–Stokes equations for two-phase flow and the RSM turbulence model was taken into account. The droplet phase was modeled with the discrete particle model (DPM), in which the droplets are assumed to have the same sphere shape and ignore the phase transition and nucleation process. A pilot test facility was carried out to validate the numerical model. The experimental results not only indicate that the new dehydration device can efficiently separate the liquid droplets from wet gas, but also prove that the numerical results were great agreements with the experimental results. Furthermore, based on the proposed numerical approach, the gas-droplet turbulent flow structures were predicted, the effects of different structure parameters and operation conditions on the separation efficiency were also investigated. The current works settle a foundation for further explorations on the supersonic gas–liquid separation flows inside a supersonic separator as well as the possible new applications.     

泡沫金属亲疏水性对T型小通道气液两相流相分离特性影响研究

小通道填充泡沫金属成为近几年强化换热方向的研究热点。以空气和水为工作介质,将PPI为10和20的泡沫金属分别填充到截面为2.5 mm×2.5 mm的T型小通道内,改变泡沫金属的亲疏水性,分别研究弹状流和环状流下气液两相表观流速及亲疏水性对相分离的影响机制。比较亲水、疏水处理及未处理这三种泡沫金属的分离特性发现：无论是弹状流还是环状流,分离效果最好的是亲水处理后的泡沫金属,其次是未经处理的泡沫金属,而进行疏水处理后的分离效果最差,填充泡沫金属的T型通道相分离效果要明显好于未填充的通道。对于亲疏水处理过的T型通道,无论是弹状流还是环状流,T型小通道内侧支管气相采出分率占优,液相采出分率随着液体表观速度的增加而降低,但气相表观速度对液相采出分率影响很小。而泡沫金属PPI的减小会降低气相采出分率,使分配效果更加趋近于均匀分布线。     

脉动条件下旋流场内气液两相流流型及其转变机理

运用高速摄像技术对流量脉动条件下旋流分离器内气泡动力学行为及气液两相流流型展开研究。研究发现,在完整脉动周期内,流量在3.62~4.18 m³/h范围内波动,流量增大段的气核整体向溢流口方向运移,流量减小段的气核整体向底流口方向运移,气核大小及形态变化呈现周期往复性。通过脉动周期内特殊帧的分析,得出流量脉动条件下旋流场内气液两相流流型主要包括：气泡流、塞状流、弹状流、丝状流及波状流等五种形式。根据实验得出的气液两相折算速度,确定了脉动条件下气液两相流流型转换界限图,而气泡间的聚并破碎行为是产生气液两相流型的主要原因,最终构建了表征截面含气量和分离效率之间关系的评价模型。