大管径垂直管道内高压汽液混合流动的数值研究

采用流体体积模型(VOF)对高压环境下190 mm大管径垂直管内水蒸汽-水混合流动进行数值研究。数值计算得到了5.07,10.13与17.23 MPa高压下大管径垂直管内汽液流型分布图及搅混流态的相分布图和速度场分布,并与常压下的计算结果进行对比,以研究压力环境带来的影响。数值结果表明,高压环境下大管径垂直管内的流型图与Hewitt和Roberts流型图的吻合度较差。高压环境下大管径垂直管内没有出现雾状流;泡状流和搅混流的发生区域扩大;弹状流的发生区域被压缩得很小;环状流的变化最小。随着压力的增大,大管径垂直管内汽液搅混流中界面波的高度有所降低;液膜铺展在壁面的面积扩大;系统的稳定性提高。速度场分布是管道中心处速度较大;近壁面处速度场发生振荡;壁面处速度迅速减小至零。随着压力的增大,近壁面处速度场振荡的紊乱程度减轻。根据汽液两相流动特性,分析了发生以上现象的原因。     

气液界面摩擦因子对分层流向段塞流过渡的影响

根据气液两相流段塞稳定性理论,结合分层流理想化模型,对直径2.54 cm水平管内空气-水两相流出现段塞流时的各相临界表观速度和临界液层高度进行了理论预测,并且分析了气液两相界面的摩擦因子对于预测流型转变的影响.由于在不同的气相流速范围内,段塞流由不同形式的界面波形成,当气相表观速度小于 4 m(s(1时,由大振幅波形成段塞流,而当气相表观速度大于 4 m(s(1,段塞流由小波长的滚动波合并而成,因而根据实测数据对界面摩擦因子的计算进行了补充修正,并且应用到对应的气相流速范围.基于所给出的计算方法解得发生分层流向段塞流转变的临界表观速度和临界液层高度,并和实验数据进行了比较. 结果表明所做的修正可以避免以往理论预测中出现的低估情况,求得的各临界特征参数值和实验结果吻合得较好.     

水平矩形管内气液两相流界面波特性

<正>气液两相流中界面波的存在对传热、传质、阻力特性及稳定性都有很大影响。前人有关界面波的研究大多偏重于两相流中界面波的类型及其转变,而对其特征参数变化规律(如振幅、波长、频率和速度等)的研究则很少。但界面波对气液两相流流动阻力和流动结构影响机理的深入研究必须以了解界面波的各特性参数为前提,同时界面波有关特性参数的深入研究也可为气液两相流的数学理论化提供实验基础。 本文以气、水为工质,系统研究了水平矩形管内气液两相流的界面波特性。根据界面波在时域、幅域内的不同特征区别出了各种类型的波并给出了相应的波形和流型图。着重研究了界面波各特征量随气液两相流量变化的变化规律。     

黏性段塞稳定模型预测水平气液两相流流型转变

在内径50.4 mm水平管道上进行气液两相流实验,实验介质是2种不同黏度的油,根据两相表观速度绘制流型图。使用段塞稳定性模型预测段塞流的转变边界。由于黏度增加阻碍大振幅波和滚动波的起波和波增,黏度大的液体出现段塞的临界液层高度高于黏度小的液体。段塞稳定性模型低估了大黏度液体的临界液层高度和临界表观速度。考虑液体黏性对段塞体内部湍流扰动的抑制作用以及气液表面张力的影响,修正了Benjamin泡移动速度关系式。修正后的段塞稳定性模型对中、低黏度液体适应性较好,预测出现段塞流的临界条件和实验数据比较吻合。     

爬坡管段油水两相界面波动特性数值模拟研究

针对成品油管道低洼处积水排除问题建立了爬坡管段油流携水数值模型,对爬坡管段油水两相界面波动特性进行了数值研究,并实验验证了数值模型的准确性。对模拟结果进行了后处理,采用相关性分析计算出界面波的波速,研究得出不同油相表观流速、管道上倾角、油品物性以及管道直径等因素对相界面波动参数(波长、波振幅、波周期、波速)的影响规律,为进一步解决管道低洼处积水排除问题提供了理论指导。     

利用一维波和段塞稳定性模型预测分层流向段塞流的转变

利用气液二相流一维波模型和段塞稳定性模型,对直径2.54 cm水平管内空气-水二相流出现段塞流时的各相临界表观速度和临界液层高度进行了理论预测。计算中发现,2种模型分别适用于不同的流速区域,在较低的气相流速下,一维波模型的预测结果比较理想,但是在较高的气速条件下不太适合,而利用段塞稳定性模型可以较好地获得高流速下分层流向段塞流的流型转变条件。因此,结合这2种模型对发生流型转变时的临界参数作了分析,并且应用于40 mm和50 mm水平管道的油气二相流实验。将理论计算的结果和实验测得的流型数据进行了对比,并且对影响流型的管径、流速等因素作了分析,结果表明计算得到的特征参数和实验数据比较吻合。     

润滑管道内油气两相流压力脉动特性分析

润滑油在工作过程中经常会由于自身溶解或外部进入空气而产生气泡,影响其润滑特性。因此,研究润滑系统中的气液两相流动特性具有重要意义。为了解含气润滑油在流动过程中的压力脉动特性,本文采用 ANSYS_CFX对一润滑管道实验装置内油气两相流动进行数值模拟,将不同工况下的压力计算结果与实验数据作对比,验证了数值计算方法的合理性,然后分析了管道不同位置的压力脉动以及流量对压力脉动的影响。计算结果表明,流动开始,油与空气的分界面受到扰动使得空气逐渐进入油中,形成油气两相流;沿着流动方向,管道截面上的平均压力的脉动振幅先增大后减小,最大值位于紧邻泵出口的监测面;两相流动中气泡受泵的搅拌作用破碎形成连续且均匀的小气泡,使出口管道内流动所受冲击更小,压力脉动相对较小;随着流量增加,压力脉动的周期减小,振幅增大。     

二氧化碳汽—液界面特性的分子动力学模拟

采用EPM2二氧化碳分子势能模型,以二氧化碳分子内各原子作为统计对象进行统计计算,探讨温度、薄层切片数及截断半径对其汽—液界面特性参数的影响规律。结果表明,随着截断半径的增大,液相主体密度逐渐增大,汽相主体密度逐渐减小,界面层厚度有所减小;薄层切片数对界面层厚度、液相主体和汽相主体的密度影响不大;随着温度的升高,汽相主体密度增加,液相主体密度降低,汽—液界面厚度增大,界面张力逐渐减小。     

异丙醇汽液界面特性的平衡分子动力学模拟

采用OPLS刚性联合原子模型,以异丙醇分子的作用位点为统计对象,对异丙醇的汽液界面特性进行了平衡分子动力学模拟研究。模拟结果表明,随着温度的升高,液相主体密度减小,汽相主体密度增大,汽液界面厚度增大;截断半径和薄片数对汽相主体密度体、液相主体密度及汽液界面厚度的影响不大;随着模拟分子数的增大,汽液界面厚度有所增大。     

毛细管内多相脉动流动的格子-Boltzmann模拟

基于伪势模型理论,建立毛细管内汽液两相工质脉动流动的等温格子-Boltzmann模型。将利用该模型取得的静态液滴形态以及表面张力、大空间和窄空间内气泡浮升运动时的形态模拟结果与文献的研究结果进行对比,验证了模型的可靠性。对毛细管内泡状流和柱塞流两种流型在边界正弦压力波作用下绝热脉动流动情况进行了数值模拟。通过模拟研究了毛细管内不同压力波振幅下液相Reynolds数和气泡位移幅度周期性变化规律;获得了汽液界面形态在脉动过程中的变化;观察到在边界液相速度方向发生改变时,边界附近区域的Reynolds数振荡现象;分析了重力对脉动运动过程的影响。模拟结果为分析以毛细管为主要构件的脉动热管内汽液两相工质的工作过程提供了一定依据。     

利用途泄流量和输转流量确定天然气分配管道计算流量的研究

在城市天然气管道的输送中,管道建筑用户相连,中途有流量分出,从途泄流量和输转流量的角度研究,利用计算公式来计算管段的计算流量,确定其压力降,并进行了举例说明,为输气管道的设计工作提供了参考。     

Numerical modeling of three-phase stratified flow in pipes

The simultaneous flow of water, oil and gas is of practical importance for the oil and gas industry. These three phases are present in varying degrees of concentration in many oil and gas pipelines. In this work, a model has been developed to predict the values of the hold-up and pressure gradient for three-phase stratified flow prevailing in a horizontal pipeline. This information is usually the first step for analyzing the stability of stratified flow and developing transition criteria. The concept of extended velocity has been applied to compute the wall shear stresses in three-phase flow. The effect of process variables such as gas to liquid ratio, pipe diameter, oil viscosity and non-Newtonian character of oil on hold-up and pressure gradient has been studied to simulate the oil well conditions. Structural stability analysis was also carried out to check for the sensitivity of the model.     

NUMERICAL SIMULATION OF DRYING IN A CYCLONE

ABSTRACT

This work presents a complete improved mathematical model of drying in cyclone. The slip condition of the particles on the wall, the heat transfer wall-panicle and the shrinkage of the panicles during the drying process were considered. The mathematical model considers a two-dimensional turbulent gas-particle flow where the panicle phase is treated as a continuum. The momentum equations of both particle and gas phases were written in cylindrical coordinates. The discretized equations were solved by the SIMPLE algorithm. Considering the slip condition to the panicle phase and the shrinkage of the material during the drying process it was revealed a better fitness between numerical and experimental results than the previous model.     

NUMERICAL SIMULATION OF DRYING IN A CYCLONE

This work presents a complete improved mathematical model of drying in cyclone. The slip condition of the particles on the wall, the heat transfer wall-panicle and the shrinkage of the panicles during the drying process were considered. The mathematical model considers a two-dimensional turbulent gas-particle flow where the panicle phase is treated as a continuum. The momentum equations of both particle and gas phases were written in cylindrical coordinates. The discretized equations were solved by the SIMPLE algorithm. Considering the slip condition to the panicle phase and the shrinkage of the material during the drying process it was revealed a better fitness between numerical and experimental results than the previous model.     

Flow characteristics of blade unit of a tridimensional rotational flow sieve tray under concurrent gas–liquid flow

The flow characteristics of the blade unit of a tridimensional rotational flow sieve tray were investigated. First, the flow patterns are defined under different liquid arrangement methods. They are bilateral film flow, continuous perforated flow, and dispersion-mixing flow in overflow distribution, film and jet flow and jet and mixed flow in spray distribution. Second, the time and frequency domain analysis of the differential pressure pulsation signal in the blade unit is carried out, the main frequencies range is 2.0−5.5 Hz. The influence of perforation and mixing intensity on the flow pattern transition is clarified. Third, the rotational flow ratio of the gas–liquid phase is measured, the gas phase rotational flow range is 0.55–0.78, and the liquid phase range is 0.15–0.42. The influence of the operating conditions on the distribution of the rotational and perforated flow is investigated. Finally, a prediction model for the rotational flow ratio is proposed.     

高粘假塑性流体流动沸腾流型

<正>在流动沸腾传热两相流研究中,流型研究一直是众多研究者的兴趣所在。目前有关流型研究的报道均为低粘物系,但高粘流体两相流流型研究,对高聚物生产、食品、轻工等工业有重要应用价值。 浅尾芳久等在透明玻璃管中研究了流动沸腾的流型,表明Mishima等提出的流型划分判据可以较好地区分泡状流、弹状流、环状流。Kamiel等分析比较了大量低粘物系两相流实验数据和几种流型判别式,表明Weisman等提出的判别式可以较好地区分弹状流与环状流。     

Transitional packed bed flow in standpipes

A quantitative criterion distinguishing stable from unstable transitional packed bed flow in standpipes is presented. This criterion can be used as an working guideline in actual standpipe operation. A fundamental and simple model based on stress free surface (SFS) theory has been developed. This model also provides a quantitative prediction method for the standpipe voidage.     

水平管内油水两相流流型转换特性

以高黏度的油和水为工质,在内径为25.7 mm,长52 m的水平不锈钢油水两相流实验环道内对油水两相流流型及其转换特性进行了实验研究.根据实验结果定义了不同流动条件下出现的流型,绘制了流型图.对影响油水两相管流流型转换的各种因素进行了综合分析,利用量纲分析的方法得出了流型转换的准则关系式,并提出了一个较为准确的有关油水两相管流中反相临界含水率的计算相关式.     

水平管气液两相变质量流流型从分层流向非分层流的转变

基于文献中提出的针对常规管中气液两相流分层流稳定性的分析,考虑管壁入流对流型的影响,通过公式推导和分析得出了水平管中气液两相变质量流流型从分层流向非分层流转变的准则。通过室内实验研究和预测计算,分析了3种不同的流型转变准则中多个入流流量下管壁入流对流型转变的影响。研究结果表明,实际水平井筒的单位入流流量通常较小,对本地管道单元流型预测的影响可以忽略不计,但是通过不断累积,使得下游管道中流动参数发生变化,从而影响了下游管道单元中气液流动的流型。因此水平孔缝管中气液两相变质量流的流型判别可以采用常规管流型判别准则,但要分段进行。