小管径气液两相流空隙率波传播的多尺度相关性

空隙率波是气液两相流系统的特殊物理现象,理解空隙率波的传播特性对揭示两相流流型转变与流速测量物理机理具有重要意义.本文首先考察了典型非线性系统的多尺度互相关特性,发现去趋势互相关分析方法可有效揭示系统的多尺度非线性动力学特征;然后,通过采集垂直上升小管径气液两相流电导传感器阵列上下游空隙率波动数据,提出采用多尺度去趋势互相关分析方法探测空隙率波传播的多尺度互相关特性,并提取了低尺度空隙率波互相关水平增长率;另外,通过计算空隙率波空间衰减因子,考察了气液两相流空隙率波传播的结构不稳定行为.结果表明,空隙率波结构的多尺度互相关特性与其空间衰减特性具有较好的物理关联性:对于气液两相流过渡流型,低尺度空隙率波互相关水平增长率较高,且与较为稳定的空隙率波传播特性相对应;而当气液两相流空隙率波明显衰减或放大时,空隙率波互相关水平增长速率一般较低.     

气液两相流压力波色散特性实验研究

设计了可调频式压力扰动源的气液两相流压力波实验装置,实验研究了垂直上升管内气液两相流泡状流、弹状流压力波的色散规律。实验结果表明,对泡状流,在实验范围内,压力波的传播速度及其衰减跟扰动频率有关,随着扰动频率的增加,波速及其衰减都增加;工质的流速对压力波的色散特性没有影响。结合数值模拟结果,验证了泡状流压力波色散特性的临界频率现象,即高于临界频率,压力波色散特性消失,本文分析了相应的物理机制。对弹状流,压力波同样具有典型的色散特性,已有研究结果还不能预测其色散规律。     

矩形微通道中气–非牛顿流体两相流实验研究

本文通过实验研究了空气与非牛顿流体在小尺寸矩形微通道中的两相流动特性,给出了在不同气液两相流速下的流型图。同时比较了气液两相流速,液相黏度,表面张力,微通道尺寸对各流型分布区域以及Taylor气泡/液柱长度的影响。发现气液两相流流速变化对流型区域的影响极为明显,而黏性力和表面张力只是在局部范围改变了流型分布。Taylor气泡长度随气液两相流速比增大而增大,随液相黏度及表面张力增大而减小。液柱长度随液相黏度增大而增大,随两相流速比及表面张力增大而减小。最后,我们给出了基于无量纲数JG/JL,Re和Ca的Taylor气泡/液柱长度预测公式,公式预测结果与实验结果基本一致。     

两相流流型动力学特征多尺度递归定量分析

基于垂直上升管中测取的气液两相流电导波动信号,采用递归定量分析方法,从多尺度角度研究了气液两相流泡状流、段塞流及混状流三种典型流型的动力学运动特征.研究结果表明,低频泡状流及混状流在递归图表现为沿对角线方向比较发育的混沌递归线条纹理特征,表明了低频运动的泡状流及混状流具有较好的确定性运动行为,而随着泡状流及混状流运动频率增加,混沌递归特征变差,其运动特征逐渐向随机方向发展.对于段塞流,在混沌递归图上逐渐呈现间歇的矩形块纹理结构,且段塞流中液塞与气塞的间歇运动特征出现在高频段,而段塞流中的泡状流运动则出现在低频段上,且随着泡状流运动频率增加,泡状流逐渐失去确定性运动行为.表明了基于电导波动信号的多尺度非线性分析方法是理解与表征气液两相流动力学特性的有效途径. 关键词： 两相流 流动特性 多尺度分析 递归分析     

垂直圆管内向上稀疏层流泡状流相分布的实验研究

采用三维照相法对垂直圆管内稀疏层流泡状流充分发展段的相分布进行了实验研究。得到了８个流动工况下均匀尺寸气泡形成的泡状流的空泡率分布以及６个流动工况下非均匀尺寸气泡形成的泡状流的总体和大、小气泡组各自的空泡率分布．实验结果表明当气泡组的平均直径小于约３．５ｍｍ时,其空泡率分布在管壁附近出现尖峰;当气泡组的平均直径大于约 ３．５ ｍｍ时,其空泡率分布的尖峰移向管中心;气泡尺寸对泡状流的相分布有重要影响．     

钢管和有机玻璃管油水两相摩擦压降比较实验

本文对水平放置的内径为40 mm的钢管和有机玻璃管内的油水两相流动摩擦压降特性进行了比较实验研究.从实验方面含水率和混合流速等因素对钢管和有机玻璃管内油水两相油滴分散流摩擦阻力压降规律的影响进行了详细研究.实验结果表明:含水率和混合流速是影响压降的主要因素;在本实验范围内,除了分层流区域以外,有机玻璃管内的油水两相摩擦阻力压力梯度大于钢管内油水两相摩擦阻力压力梯度.     

水平管气液两相泡状流紊流结构的准三维测量

用两个X型热膜探针对内径为35mm的水平管内气液两相泡状流的三维紊流结构进行了准三维测量,得出了沿不同直径的轴向、径向和周向的紊流脉动速度和雷诺应力分布。发现在水平管下部脉动速度和雷诺应力与单相流动时的分布规律相似;在管子上部由于空气泡的存在增强了脉动速度;在某些区域内,周向的脉动值甚至比径向和轴向的相应值还要高。水平气液两相泡状流中雷诺应力-uw不为零,在管子的上部甚至和-uv有相同的量级。给出了由于气泡引起的紊流脉动与总素流脉动比值沿径向的分布。     

方管内气液两相流界面波统计特性分析

以空气、水为工质，利用电导探针测量技术结合统计分析理论研究了水平矩形管内气液两相流界面波特性．首先对管内气液两相流的界面波进行了分类和定义；其次研究了气液两相流界面波在幅域、时域和频域的统计特性，同时考察了界面波特性参数（波速、频率和波高）等随气液两相流量的变化规律．     

泡状流局部界面浓度实验与理论研究

应用高速数字摄像系统,首先对双头电导探针测量泡状流局部界面浓度的几种模型进行了标定和评价。使用标定好的双头电导探针技术,对垂直上升管内气液两相泡状流局部界面浓度和含气率分布特性进行了深入的实验研究。试验段为内径40 mm的透明有机玻璃管。根据试验数据的分析结果,发展了一种垂直上升管内气液两相泡状流局部界面浓度预测模型。在本文实验条件下,该局部界面浓度模型预测结果能够与实验数据很好地符合。     

并联管两相流不稳定性的研究

在高压汽水回路上对垂直并联管中汽液两相流不稳定性进行了试验研究．确定了压力、质量流速、入口过冷度、热负荷及热负荷不对称分布、进口及出口节流、可压缩容积等对不稳定性的影响．得出了压力降型和密度波型不稳定性的界限，给出了并联管中计算不稳定性起始条件的无因次方程，为大型直流锅炉和蒸汽发生器的设计提供依据．     

气固两相介质音速研究

本文分析计算了不同气固两相介质的音速,与实验结果比较得到了较好的吻合,验证了普朗特的理论分析.结合汽液两相音速分析表明,求解两相介质音速时可以不考虑相变的影响.以两相音速为基础的激波结果与理想气体激波结果的趋势吻合,较基于单相音速的激波更合理,说明了两相介质音速结果的正确性.     

超音速汽液两相流激波的理论研究

建立了超音速汽液两相流激波过程的数学模型,得到了激波前后的流动关系,并对激波后的流动规律进行了初步分析,建立了两相扩压段的优化模型。研究结果表明,在激波后,流体压力上升,速度下降,与单相气体的正激波特性相似;其对应的音速与汽液两相流体的空泡率、压力及液相密度等因素有关。     

油气两相流空隙率测量系统

本文基于ECT技术和偏最小二乘回归方法建立了一套新型的两相流空隙率测量系统.该系统的数据采集单元以DSP处理器为核心,并采用USB2.0技术进行数据通讯,克服了目前ECT实时数据采集速度的瓶颈.同时,本文直接使用测量电容值并基于偏最小二乘回归方法建立了空隙率测量模型,克服了以往ECT空隙率测量时需要复杂费时的精确图像重建的缺点,提高了测量速度.实验研究表明,本文的系统是成功的,其测量精度和速度都满足实际应用的要求.     

自然循环过冷沸腾流动不稳定性的研究

本文以氟里昂12作工质,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究,实验过程中发现自然循环系统内可能发生高频脉动和低频脉动两类流动不稳定性,并证实高频脉动属于声波型脉动,低频脉动属于密度波型脉动。本文以两相流漂移模型为基础,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了数值模拟,数学模型考虑了热力学非平衡即过冷沸腾和过冷凝结对流动不稳定性的影响。数值模拟结果与实验结果符合良好。     

倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的计算与液层高度的预测

分层流是气液两相流中常见的流动型式，分层流中液层高度是计算的基本数据，由于界面波的存在，对液层的测量和预测都很困难．Ｖｌａｃｈｏｓ提出了预测气液两相分层流液层厚度的关系式，但这一关系式并不适用于倾斜下降管气液两相流．本文提出了计算倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的理论模型，在这种模型下得到的截面含气率和实验结果符合良好．在大量实验的基础上，考虑了倾角、管径、气液各相折算速度的影响，根据实验数据提出了预测液层厚度的关系式。     

变截面超音速汽液两相流升压过程的研究

本文针对超音速汽液两相流在变截面通道中的升压过程进行了实验研究,得到了变截面混合腔中超音速汽液两相流的压力变化规律,通过实验结果的分析得出了变截面混合腔中的渐缩部分的压力分布与出口压力无关、变截面通道的渐扩部分为一个单相流体扩压管、压力突变发生在变截面混合腔喉部和随着出口压力升高而激波强度增大、变截面超音速汽液两相流升压技术具有定流量特征等结论。     

INVESTIGATION OF BOILING OF REFRIGERATING MEDIUM UNDER CONDITIONS OF IMPULSE DISTURBANCES

This article describes investigations of bubbly boiling in flow of a refrigerating medium under conditions of impulse disturbances occurring in refrigeration engineering systems. The development and decay of boiling is induced by impulsively changing parameters, such as pressure and mass flux density, of the two-phase system in a tubular channel. It is confirmed that the two-phase systems exhibit wave properties and the induced disturbances propagate with a finite velocity. Correlations are elaborated to evaluate the propagation velocity of disturbance signals during the development and decay of boiling in a coil tube. Investigations are conducted by feeding under pressure a heat exchanger with an environment-friendly refrigerant R404A.     

HEAT TRANSFER COEFFICIENTS FOR TUBES SUBMERGED IN CIRCULATING FLUIDIZED BED

Convective heat transfer coefficients were measured experimentally for a tube immersed vertically in a circulating fluidized bed. Circulating fluidized beds operate in the dilute transport regime of two-phase (solid/gas) flow. The dominant mechanism for heat transfer to surfaces is particle-induced convection. In this study, experiments were carried out in a circulating fluidized bed of15 cm diameter and 11 m height. An instrumented tube of 9.5 mm diameter and 1.3 m length was placed vertically at the centeriine of the fluidized bed to measure convective heat transfer coefficients at several different elevations in the bed. Three types of particles, with mean diameters ranging from 68 to 2S1 urn, were used in the experiments at superficial gas velocities in the range of 1.3 to 8.2 m/s. Results showed that the convective heat transfer coefficients with solid/gas two-phase circulation were two to three times greater than those for single-phase gas convection at the same velocity. For a given gas velocity, the coefficients increased with increasing solid mass flux, but decreased with elevation. It was demonstrated that the heat transfer coefficients for the immersed tube and for the bed wall could be correlated with different functional dependence on the two-phase suspension density.     

The intermittent excitation of geodesic acoustic mode by resonant Instanton of electron drift wave envelope in L-mode discharge near tokamak edge

There are two distinct phases in the evolution of drift wave envelope in the presence of zonal flow. A long-lived standing wave phase, which we call the Caviton, and a short-lived traveling wave phase (in radial direction) we call the Instanton. Several abrupt phenomena observed in tokamaks, such as intermittent excitation of geodesic acoustic mode (GAM) shown in this paper, could be attributed to the sudden and fast radial motion of Instanton. The composite drift wave—zonal flow system evolves at the two well-separate scales:the micro-scale and the meso-scale. The eigenmode equation of the model defines the zero-order (micro-scale) variation; it is solved by making use of the two-dimensional (2D) weakly asymmetric ballooning theory (WABT), a theory suitable for modes localized to rational surface like drift waves, and then refined by shifted inverse power method, an iterative finite difference method. The next order is the equation of electron drift wave (EDW) envelope (containing group velocity of EDW) which is modulated by the zonal flow generated by Reynolds stress of EDW. This equation is coupled to the zonal flow equation, and numerically solved in spatiotemporal representation; the results are displayed in self-explanatory graphs. One observes a strong correlation between the Caviton-Instanton transition and the zero-crossing of radial group velocity of EDW. The calculation brings out the defining characteristics of the Instanton:it begins as a linear traveling wave right after the transition. Then, it evolves to a nonlinear stage with increasing frequency all the way to 20 kHz. The modulation to Reynolds stress in zonal flow equation brought in by the nonlinear Instanton will cause resonant excitation to GAM. The intermittency is shown due to the random phase mixing between multiple central rational surfaces in the reaction region.