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。     

铝银电池电液循环泵气液两相流动特性仿真

为进一步了解气液两相工况下的铝氧化银电池电液循环泵内部流动特性,选取比转数ns=63.7的某型铝氧化银电池电液循环泵作为研究对象,结合CFD数值模拟技术,基于CFX软件中的Eulerian-Eulerian非匀相流模型,对泵内部流动特性进行仿真计算,得到不同进口含气率工况下的中截面压力、气相体积分数分布及流线分布。结果表明：随着进口含气率增加,电液循环泵内流体分布不均匀度增加,叶轮对流体做功能力下降;循环泵内气相分布主要集中在叶片工作面进口区域,随着进口含气率变大,部分流道会被气体严重堵塞,导致泵的流量、扬程产生剧烈波动;随着进口含气率增加,旋涡、回流影响范围逐渐扩大,在旋涡、回流及气液两相滑移的相互作用下,流道内流线分布十分紊乱,产生较大的能量损失,造成扬程及效率下降。     

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。     

微细通道内流动沸腾压降特性

通过微细通道内流动沸腾实验研究流动沸腾压降特性,在质量流速为110kg/m2·s~160kg/m2·s范围内流动沸腾压降随质量流速、热流密度的增大而增大,进口过冷度对流动沸腾压降的影响并不显著。根据不同流型建立各自区域的压降计算模型,将微细通道内流动沸腾分为弹状流和环状流两部分,分别建立各自的物理模型,流动沸腾压降计算结果与实验值有较好的吻合。     

螺旋管内沸腾两相流型与壁温特性实验研究

在蒸发温度为5~15℃,工质质量流速变化范围为50~500 kg/(m2 s),热流密度范围为5~25 kW/m2和干度范围为0.01~0.9的条件下,对R134a在卧式螺旋管内沸腾两相流型及壁温特性进行了实验研究。利用可视化技术对流型进行了观察分析,发现在相同工况条件下,卧式螺旋管上升段和下降段的流型有所不同,特别是形成环状流之前存在明显不同的过渡流型,分别为"波环状流型"和"超大气弹流型",因此,对上升段和下降段分别建立了流型图。分别获得了卧式螺旋管沿管长和沿螺旋管横截面圆周方向的壁面温度分布特性。壁面温度沿管长呈逐渐降低的趋势;沿横截面圆周方向,最外侧壁温最低,最内侧壁温最高,两侧温度居中。     

轴流泵运行工况对叶轮室进口预旋的影响

轴流泵叶轮室进口水流的流态对大型低扬程泵站水泵的安全、稳定和高效运行具有很大的影响。采用模型试验方法和三维湍流流动数值模拟方法,分别研究了轴流泵泵段装置叶轮室进口和立式轴流泵装置叶轮室进口的流态,得到以下主要结论：（1）叶轮室进口流态与水泵运行工况密切有关;（2）在正常运行工况范围内,叶轮室进口水流基本上为轴向流动,无预旋现象;（3）在小流量工况运行时,叶轮室进口的外圈水流出现与叶轮转动方向相同的预旋流动,但内圈水流仍向叶轮室方向流动,而中圈的水流则在预旋流动与轴向流动两种状态之间摆动;（4）轴流泵叶轮室进口在小流量工况发生预旋现象是泵内发生＂二次回流＂的内特性表现,水泵性能曲线出现马鞍形区则为其外特性表现。     

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。     

表贴式内肋阵自循环蒸发冷却系统沸腾换热流动实验研究

为进一步了解表贴式内肋阵自循环蒸发冷却系统内部的沸腾两相流动换热规律,采用横截面积为180mm×20mm的内肋阵液盒作为研究对象,对内肋阵液盒内部沸腾换热流动过程进行了可视化观察,同时针对该内肋阵液盒内两相流动建立Friedel、L-M两种两相流动阻力压降仿真计算模型。实验发现液盒通道内的流型随着热负荷的变化,主要呈现泡状流和雾状流2种流型,液盒背面温度较为均匀,维持在65～70℃左右。液盒内部肋阵的存在,增强了通道内汽泡扰动,同时在肋柱后方存在明显尾迹涡流。通过研究对比发现Friedel模型计算结果与实验结果的最大相对误差小于15%,说明该模型更适用表贴式内肋阵蒸发冷却系统的压降计算。     

基于图像纹理特征和Elman神经网络的气液两相流流型识别

气液两相流广泛存在于现代工业生产之中，其流型极大地影响气液两相流的流动和传热特性，为此提出了一种图像灰度直方图统计特征和Elman神经网络相结合的气液两相流流型识别方法。该方法利用高速摄影系统获取水平管道内两相流的流动图像，经过图像处理后，提取图像灰度直方图统计特征，进而建立流型的图像统计特征向量，并以此特征向量作为流型样本对Elman神经网络进行训练，实现对流型图像的智能化识别。实验结果表明，训练成功的Elman神经网络能有效识别水平管道内7种典型流型，整体识别率达98.6%，为流型在线识别提供一种新的有效方法。     

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。     

Nanoparticle coating of a microchannel surface is an effective method for increasing the critical heat flux

Results are presented of an investigation into water boiling in a single microchannel 0.2 mm high, 3 mm wide, and 13.7 mm long with a smooth heating surface or with a coating from aluminum oxide nanoparticles. The experimental procedure and the test setup are described. The top wall of the microchannel is made of glass so that video recording in the reflected light of the process can be made. A coating of Al2O3 particles is applied onto the heating surface before the experiments using a method developed by the authors of the paper. The experiments yielded data on heat transfer and void fraction and its fluctuations for the bubble and transient boiling in the microchannel. The dependence was established of the heat flux on the temperature of the microchannel wall with a smooth surface or a surface with Al2O3 nanoparticle coating for various mass flows in the microchannel. The boiling crisis has been found to occur in the microchannel with a nanoparticle coating at a considerably higher heat flux than that in the channel without coating. The experimental data also suggest that the nanoparticle coating improves heat transfer in the transition boiling region. Processing of the data obtained using a high-speed video revealed void fraction fluctuations enabling us to describe two-phase flow regimes with the flow boiling in a microchannel. It has been found that a return flow occurs in the microchannel under certain conditions. A hypothesis for its causes is proposed. The dependence of the void fraction on the steam quality in the microchannel with or without a nanoparticle coating was determined from the video records. The experimental data on void fraction for boiling in the microchannel without coating are approximated by an empirical correlation. The experiments demonstrate that the void fraction during boiling in the microchannel with a nanoparticle coating is higher than during boiling in the channel without coating (where φ and х are the void fraction and the steam quality, respectively) in the region of a sharp increase in the φ(х) curve.     

圆形微肋阵肋间距对换热及流动特性数值分析

由微肋阵构成的换热器是解决大规模集成电路存在热障问题的装置。基于CFD软件,对3种不同肋间距的圆形微肋阵进行模拟计算,分析了在不同质量流速和热流密度时肋间距对换热和流动特性的影响,并得到最佳的肋间距。结果表明,出口干度与热流密度和肋间距成正比,与质量流速成反比。压差与热流密度和质量流速成正比,与肋间距成反比。相同工况下,肋间距越大的微通道换热系数越大,但壁面温度越高;肋间距的减小最大可使出口干度减小15.03%,压差增大38.01%。在综合考虑换热和流动特性的情况下,最佳肋间距为1.2 mm。     

蒸发冷却汽轮发电机中两相流型的过渡准则

蒸发冷却汽轮发电机中的关键问题是线棒温度分布和两相压降的预测，而准确的流型判断准则是解决这些问题的前提。为了得到适用蒸发冷却汽轮发电机定子绕组内冷条件下的两相流型过渡准则，文中针对汽轮机定子空心导线的结构特点，搭建起冷却介质R113的水平两相流实验台，在110~140 kPa、1.72~19.78 g/s的条件下，对流型的过渡进行了实验研究。实验结果与常用的流型过渡计算方法比较后，发现Taitel & Dukler方法和Weisman方法不适用于定子空心导线，误差很大，Barnea方法与实验条件相似，误差比较小。最后，在Taitel & Dukle和Barnea方法的基础上，分析了不同流型转换时的受力情况，并结合汽轮发电机定子绕组内冷的特点，简化了导线尺寸与介质物性的影响，得到适于汽轮发电机定子绕组蒸发内冷条件下的流型过渡准则。     

矩形和圆形微通道内流体流动特性的实验研究

流体在微米级通道中的流动规律与常规通道不同,其区别主要体现在摩擦因子、转捩雷诺数和泊肃叶数等方面。针对上述问题,实验研究了水在水力直径为167~195 m矩形硅通道和水力直径为168~399 m圆形玻璃微管中的流动特性。结果表明,对水力直径为167~195 m的矩形通道,其转捩雷诺数发生在1 300~1 480;对水力直径为168~399 m的圆形通道,其转捩雷诺数位于2 600~2850,且二者的摩擦因子和泊肃叶数与理论值基本一致,这说明了微通道的形状对流动阻力特性没有明显影响。通道S-3的长径比为173,其入口段长度比常规管道入口段略长,说明微通道的入口效应较明显。实验测量了微通道的局部阻力压降随流量变化的关系。结果表明,突变微通道内水流动的局部阻力符合常规理论曲线。     

脉动热管内微尺度两相流的电容层析成像测量

利用电容层析成像方法,实现脉动热管内微尺度两相流的可视化监测及液膜厚度的测量。优化设计的微型传感器也可作为流动管道,具有和测量管道基本相同的传热和流动特性。相比普通电容层析成像传感器,其测量精度和空间分辨率都有一定提高,从而拓宽了电容层析成像技术的应用范围。实验结果表明：不同工作条件下,脉动热管存在塞状流、环状流以及混合流3种不同的流型;液膜厚度测量结果与实际相符,通过其变化趋势可以实现流型的识别。     

计及潮流转移特性的直流潮流控制器优化配置

直流电网的潮流可控支路数遵循N−1原则,在线路上安装直流潮流控制器可提升直流电网的潮流控制自由度。现有关于直流潮流控制器配置的研究都只关注其稳态特性,考虑到直流系统发生断线故障可能导致线路过载,从潮流转移的角度提出一种新的直流潮流控制器配置方法。建立安装直流潮流控制器后的直流电网数学模型,应用灵敏度分析结合潮流分布情况确定直流潮流控制器安装位置,提出直流系统潮流转移熵,结合直流系统加权潮流熵对直流潮流控制器进行优化。仿真结果显示,在不同运行方式下,采用所提方法进行优化不仅能改善潮流分布,还能优化直流线路的潮流转移特性,且N−1故障后重载线路的平均负载率明显降低,验证了所提方法的有效性。     

大型空冷汽轮发电机转子三维流场计算

某大型空冷汽轮发电机转子采用导线双向进风的冷却方式,为研究其端部、轴径向转子槽内冷却空气流量分布及其内、外流场在旋转情况下的特征,本文建立了包括端部弧段和轴径向段转子槽内外流域及与之对应的气隙在内的半轴段1/2圆三维物理模型。依据计算流体动力学原理,采用有限体积法,对计算域内的三维流场进行了数值模拟。结果表明:转子旋转会影响转子槽内、外的流场特性,并对R区(迎风区)和L区(背风区)导线内流量分布、导线内外流场压力分布及速度分布具有不同程度的影响;在轴径向进风口处的压力范围为(22.10±12)k Pa;在端部进风口处压力范围为(22.25±15)k Pa;轴径向槽楔出风口处的最高速度为228.2m/s。     

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。     

某新型空冷汽轮发电机转子通风方式的流场分析

某空冷汽轮发电机转子冷却风道采用了新型通风方式。为得到该新型通风方式流场特性,建立了该汽轮发电机转子半轴向段单槽通风道整体结构模型;依据计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)原理,采用有限体积法,计算得到转子端部、轴向及副槽通风道内速度、压力与流量分布特点;利用单节距副槽三维温度场模型计算转子温升,计算结果与实验数据相符,验证了模拟计算的准确性。结果表明,弧段风道流动阻力由风扇压头克服,副槽风道流动阻力由旋转科氏力克服,该新型通风方式有利于减小轴向温差。     

一种基于直流法潮流的快速潮流计算方法

直流法潮流在交流潮流模型的基础上根据实际电网特点做出合理假设,在确保较高准确率的情况下大大简化了潮流计算过程。提出了一种基于直流法潮流的快速潮流计算方法,可通过手工计算快速得到计算结果,可应用于电网规划设计、运行方式安排及调度操作等。通过实际电网算例证明,该方法计算简便快速,在对电网进行合理简化的基础上该算法的计算精度一般可达90%以上,完全可以满足工程计算的要求。