基于声发射技术的垂直管气液两相流动检测方法

声发射(AE)作为一种无损检测手段,用于气液两相流的测量具有非侵入式、测量不破坏被测管道及流场分布,信号强、灵敏度高等优点。利用声发射技术在河北大学垂直管气液两相流管道上进行了大量实验,运用现代信息数据处理方法对气液两相流垂直管道流型特征参数进行了提取。分析结果表明利用声发射手段提取出的流型特征参数可以反映出典型流型下的动力学特征。垂直管道中,泡状流、弹状流、环状流以及过渡状态下的乳沫状流在时域和频域信号中有着明显区别,小波能量和小波包分解后的信息熵的值也存在较大的差异性,从另一角度验证了在不同流型下两相流体在管道内部不同的运动状态,利用模式识别的思想,对垂直管4种典型流型进行了流型识别,取得了较好的效果,研究结果表明声发射技术可以作为一种技术手段用于气液两相流流动的检测。     

基于声发射技术的垂直管气液两相流动检测方法

声发射（AE）作为一种无损检测手段,用于气液两相流的测量具有非侵入式、测量不破坏被测管道及流场分布,信号强、灵敏度高等优点。利用声发射技术在河北大学垂直管气液两相流管道上进行了大量实验,运用现代信息数据处理方法对气液两相流垂直管道流型特征参数进行了提取。分析结果表明利用声发射手段提取出的流型特征参数可以反映出典型流型下的动力学特征。垂直管道中,泡状流、弹状流、环状流以及过渡状态下的乳沫状流在时域和频域信号中有着明显区别,小波能量和小波包分解后的信息熵的值也存在较大的差异性,从另一角度验证了在不同流型下两相流体在管道内部不同的运动状态,利用模式识别的思想,对垂直管4种典型流型进行了流型识别,取得了较好的效果,研究结果表明声发射技术可以作为一种技术手段用于气液两相流流动的检测。     

起伏振动状态下倾斜管内两相流多尺度熵分析

将振动装置和气液两相流实验回路相结合,在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并使用多尺度熵方法对压差波动信号进行分析。研究结果表明振动条件下倾斜管内出现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。同时对95种流动条件下的5种典型流型的差压波动信号进行多尺度熵分析。结果表明,不同流型在低尺度（前9个）下的熵值变化率有明显不同,高尺度下的熵值可以反映不同流型的动力学特性。     

扰流型喷枪顶吹管内特殊两相流流型实验

主要对自主设计的渐缩管、渐扩渐缩管、螺旋管和四孔管进行水-空气两相流混合顶吹实验,并得出了扰流型喷管的管内流型变化规律。实验通过对可视化特殊喷管内的气液两相进行高速拍摄,并调节水与空气两相各自的体积流量,获取不同喷管中出现的特殊流型照片及视频。实验结果表明：在表观气速和表观液速变化时,除渐缩管外,其他特殊喷管的流型转变均有一定规律性;渐扩渐缩管内截面半径变化较大,易产生环状-搅拌流,并有典型泡状流出现,螺旋管由于轴向环流速度的影响,会产生大密度泡状流并逐渐过渡到有旋流趋势的环状流型,特殊结构的四孔管中流型较稳定,短暂出现泡状流、弹状流后形成稳定环状流。四孔管的设计最利于冶金熔炉中柴油-氮气混合两相流喷吹,形成的气泡群中单个气泡直径较小,柴油被充分细化打散,渣层中的还原反应更充分,能有效提高柴油对渣层中磁性铁的还原率。     

起伏振动状态下倾斜管内两相流多尺度熵分析

将振动装置和气液两相流实验回路相结合,在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并使用多尺度熵方法对压差波动信号进行分析。研究结果表明振动条件下倾斜管内出现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。同时对95种流动条件下的5种典型流型的差压波动信号进行多尺度熵分析。结果表明,不同流型在低尺度(前9个)下的熵值变化率有明显不同,高尺度下的熵值可以反映不同流型的动力学特性。     

垂直管内向上气液流动的分析(Ⅰ)——弹状气泡与下落液膜流动

弹状流是垂直管内气液两相上升流中的一种重要流型。本文从相对坐标系的质量与动量衡算出发,对弹状气泡与下落液膜流动进行分析,建立了相应的计算公式。本文也是完整的弹状流数学模型的一部分。     

水平气液两相管流流型转变实验研究

综述了国内外水平气液两相流的发展状况,以及水平气液两相流型的划分方法,并通过实验对水平管的空气-水两相流进行了研究,观察了水平管内气液两相流的流动现象,划分出流型,分析了流型转变影响因素并根据实验结果绘出流型图,并与传统的试验结果进行了比较,表明有类似的特征,进而提出预测能力更强的流型转换式。     

基于临界分流理论的气液两相流均匀分配器

提出了一种新型气液两相流分配器,主要由旋流叶片、整流器、分流喷嘴以及分配腔室组成。通过采用“流型调整”与“临界分流”控制相分离。为研究不同分流比下的分配特征,设计了2喷嘴和4喷嘴两种分配结构。建立了气液两相流数值模型,模拟了气液两相流在分配器内流动特性。在气液两相流实验环道上进行了测试,气相折算速度范围为5.0～25.0 m·s^-1,液相折算速度范围为0.012～0.14 m·s^-1,实验中出现的流型包括波浪流、段塞流以及环状流。结果表明,在临界分流条件下,气液相分流系数主要取决于与侧支管相连通的分流喷嘴数目与总喷嘴数目的比值,不受流型、气液流速等参数波动的影响。对于2喷嘴分配器分流系数接近理论值0.5,对于4喷嘴气液分流系数约为0.25。     

大流量下倾斜管气液两相流实验研究

在较高的气液范围内,以水和空气为实验介质,在多相流实验平台上进行了倾斜向上的高产量气液两相流模拟实验研究。实验采用内径为40 mm、长8 m的透明有机玻璃管,并利用高速摄像仪记录实验过程中的流型。对实验流型进行分析,发现了倾斜管中低气流速下的一种新的流型-振荡冲击流,并研究了表观气、液流速和倾斜角对气液两相流动中压降的影响,建立气/液膜流动模型来分析表观气、液流速对压降梯度的影响作用,实验研究结果表明:在高气液量范围内,倾斜管中观察到的气液两相流型主要为振荡冲击流、过渡流和环状流,并且倾角对流型转变边界的影响不显著;振荡冲击流压降随气流速的增加而降低,环状流压降随气流速的增加而增加,过渡流压降梯度最小;倾斜管压降梯度随着倾斜角度的增加而增大。     

多尺度熵在棒束通道气液两相流压差信号分析中的应用

棒束通道气液两相流的压差信号是非线性的,多尺度熵法在分析非线性信号方面效果较好。运用多尺度熵对压差信号进行分析,在7×7棒束通道的气液两相流实验台上采集压差信号,针对104种流动条件4种流型的压差时间序列分析其多尺度熵特征。研究发现：小尺度（前8个）下的多尺度熵率可以准确区分棒束通道4种流型;大尺度下的样本熵变化趋势可以揭示4种流型的动力学特性。     

管内气液两相流动的绕流圆柱压差-涡轮流量测量

提出了绕流圆柱压差-涡轮联合测量气液两相流的方法,研究了管内气液两相流的绕流圆柱压差-涡轮流量测量特性。以计算机为检测手段,进行了容积含气率分别为0、0.3、0.5、0.8和1.0两相流工况的测量,在分析实验数据的基础上,建立了气液两相流的绕流圆柱压差-涡轮流量测量方程,获得了气液两相流的绕流圆柱压差-涡轮流量测量方程的特性。     

管内气液两相流动的绕流圆柱压差-涡轮流量测量

提出了绕流圆柱压差-涡轮联合测量气液两相流的方法,研究了管内气液两相流的绕流圆柱压差-涡轮流量测量特性。以计算机为检测手段,进行了容积含气率分别为0、0.3、0.5、0.8和1.0两相流工况的测量,在分析实验数据的基础上,建立了气液两相流的绕流圆柱压差-涡轮流量测量方程,获得了气液两相流的绕流圆柱压差-涡轮流量测量方程的特性。     

复合T形管对气液两相流的分离

在诸如天然气、化工、冶金、电力等许多工业过程中广泛存在气液两相流,传统上采用分离罐或旋风分离器等分离两相流,不仅设备成本高、易泄漏,而且维护保养和更新都不方便。T形管分离器具有结构简单、集约、经济、安全、维修更新方便等优点,但缺点是简单T形管的分离效率较低,新型复合T形管是对简单T形管的一种改进,期望能提高两相的分离效率。以空气一水为两相流工作介质,用主管水平侧支管垂直向上的简单T形管和复合T形管作为两相流动的分离器,在层状流和塞状流条件下进行两相流分离实验。结果表明,无论在层状流还是在塞状流条件下,复合T形管气液两相的分离效率都比简单T形管有了显著的提高,增加复合T形管的连接管数,能进一步提高分离效率,一般在层状流时连接管数为5管以上的复合T能完全分离气液两相;而流型进入混合程度较高的塞状流时,采用连接管为5管以上的复合T也能完全分离气液两相流;相同流型下,增加气体或液体的流速,对复合T形管分离效果不利,最大分离效率下降。     

倾斜上升气液弹状流动空隙度分布的实验研究

引言管内气液混合物的流动是复杂的流动现象,未知的易变形界面的存在与运动将对气液流场产生重大的影响．这些运动界面在管内以各种不同的方式分布,其形式主要取决于气相和液相的流量、流体物性以及管子的直径和倾角,其中管倾角的影响非常重要．一旦管子不垂直,Taylor气泡将失去对称性,即使倾角很小,重力的径向分量会使得气液界面结构由轴对称的环形转变为与分层流型相似;同时小气泡受浮力的作用也会聚集在管上壁,从而表现出与垂直上升流动完全不同的特征．以往的研究多是针对垂直上升流动和水平流动,而对管内倾斜上升气液弹状流…     

T型内螺纹微型管内Taylor流流型变化的数值研究

为研究含有内螺纹的微通道对气液泰勒流的影响,文中结合VOF多相流模型对微通道内气液两相流进行了数值模拟。主要分析了螺纹对称程度、螺纹高度、螺纹宽度对泰勒流型以及管内压力场的影响。结果表明:螺纹的存在会加强管内扰动,泰勒流在螺纹高度达到一定值时,泰勒气泡发生分裂;泰勒气泡形状变化主要与螺纹高度呈现正相关,与螺纹宽度几乎无关。螺纹会对气泡产生阻碍及导向作用,管内中轴线压力会受到螺纹的影响而呈现周期性波动。     

基于复杂度特征的气液二相流流型识别方法

针对气液二相流压差波动信号的非平稳和非线性特征,提出了一种基于经验模式分解(EMD)复杂度特征和支持向量机的流型识别方法。该方法首先对二相流压差波动信号进行经验模式分解,将其分解为若干个固有模态函数(IMF),然后对每一个IMF分量提取复杂度特征作为流型特征向量,并以此作为输入参数建立支持向量机分类器来识别流型。对水平管内空气-水二相流的实验结果表明,文中提出的方法能准确地识别流型,从而为流型识别提供了一种新的有效方法。     

顺错列管束流型及其压差波动信号的递归特性研究

对气液两相向上横掠节距比为1.3的顺列与错列两种排列方式管束进行流型图像与压差数据采集,基于气相与液相折算速度绘制流型图.分析了管束排列方式对流型的影响,用非线性递归分析方法分别绘制了两种排列方式管束不同流型的递归纹理图,并结合递归特征量对比分析了两种排列方式管束气液两相流的流动特性.研究结果表明：在实验范围内,两种排列方式管束中均出现泡状流、间歇流和雾状流3种流型.错列管束较顺列管束中间歇流流型范围小,泡状流与雾状流流型范围大;错列管束中从泡状流起各流型就具备周期性特点,而顺列管束中间歇流流型才出现周期性,泡状流时流型呈明显的随机特征.     

垂直同心环空管内上升弹状流向团状流的转换

对垂直同心环形管内上升气液弹状流向团状流的转换进行了一定的研究。根据弹状流及团状流的流动特性 ,并考虑同心环形管的结构特征 ,建立了垂直同心环形管上升气液团状流向环状流转换的新的理论模型。通过文中的实验数据及其他研究者的实验数据对该模型的预测性能进行了检验 ,并与其他研究者的模型进行了比较 ,最后还对环形管结构参数对转换的影响进行了一定的分析。     

化工装置中气液两相流管道的设计探讨

本文从气液两相流的流型出发,介绍了气液两相流管线产生振动的原因及预防措施;并以实际的工程设计为例,分析了化工装置中气液两相流管道的振动特点和处理方法;归纳并提出了气液两相流管道的相关设计要领及注意事项。     

水平气液两相流流型空间图像信息复杂性测度分析

为了考察从图像灰度序列提取的复杂性测度与气液两相流流型变化之间的关系,本文首先从高速摄影系统拍摄的60种流动工况下水平管内气液两相流流型图像中提取了三种复杂性测度（Lempel-Ziv复杂度,分形盒维数,Shannon信息熵）,在此基础上研究了不同表观气速下三种复杂性测度的混沌动力学特性,以及对气液两相流流型的表征能力。实验结果表明：三种复杂性测度均能敏感地指示出流型的变化;通过对三种复杂度随两相流流动参数变化规律分析,可以得到气液两相流动力学结构反演特征, 为揭示气液两相流流型转化机理和定量识别流型提供了一种有效的辅助诊断工具。