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．     

空隙率波的波速与气相漂移特性研究

针对垂直上升管内气-水两相泡状流,利用高速数字摄像技术、电导探针和相关性原理,测量了不同气液表现流速下泡状流空隙率波的传播速度,分析了不同扰动频率对空隙率波瞬时波速概率分布的影响,研究了空隙率波的传播相对于两相混合流速的漂移特性．研究结果表明,空隙率波的传播相对于两相混合流速呈正漂移,且飘移速度略大于气相的飘移速度,随两相流混合流速的增大呈线性增大．     

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。     

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.     

小管径气液两相泡状流双电导阵列探针测量方法

针对气液两相流局部流动参数测量问题,采用沿管道径向等间距放置的五路双电导阵列探针测量法。首先,利用有限元法模拟分析了不同尺寸运动气泡对电导探针输出响应影响,发现气泡对探针有效检测域的作用强度明显受气泡大小及其运动轨迹影响;然后,根据双电导探针电场分布特性对其几何尺寸进行了优化,分析了双电导探针的灵敏场分布特性;最后,通过垂直上升气液两相流泡状流动态实验,获得了双电导探针对气液两相流分散相局部体积含率、局部流速及泡径尺寸测量结果。     

Scholte波与含泥沙两相流介质属性关系的分析及仿真验证

基于四种超声悬浮液模型Urick, Urick-Ament, HT, Mcclements分析了Scholte波在两相流体与多孔介质固体界面处的传播特性. 结合各模型的复波数表达式建立含泥沙流体-多孔介质固体界面波特征方程, 分析了Scholte波速与两相流体积含量、粒径等介质属性的关系. 通过仿真实验获得界面波信号, 运用时延估计获得Scholte波速与泥沙含量、粒径的关系, 发现所得的波速与Urick-Ament和HT理论有相对好的一致性. 关键词： Scholte波 两相流体 多孔介质 泥沙含量     

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。     

气液团状流内界面波运动模型研究

为了揭示团状流中夹带液滴的产生机理,本文建立了气液团状流内界面波运动模型。该模型可以预测界面波沿壁而的运动规律及界面波特性(波幅、波速)的变化特点,理论解释团状流扰动性大的特点。结果表明:当气速较小或液速较大时,界面波在运动过程中存在反转现象,当进入环状流时,反转现象消失。界面波波速与最大波幅均随气、液速度的增大而增大,而临界波幅主要受气速的影响。通过与实验结果对比,证明该模型可以较好地反映界面波在团状流条件下的运动特点。     

微重力气液两相环状流界面波特性分析

本文利用双重小波包分解算法,对微重力气液两相环状流界面波特性进行了分析,将实验测量到的环状液膜厚度信号分解成相干分量和非相干分量,并对相干信号与非相干信号的特征进行了分析,提出了一个新的描述微重力气液两相环状流界面波特性参数。     

垂直上升管中油水两相流流型辨识

基于运动波理论本文建立了垂直上升管中油水两相流运动波传播方程,计算得到了管内无仪器插入体情况下油水两相流运动波传播速度特性曲线,根据曲线特征确定了油水两相流过渡流型存在于持水率大于0.25并小于0.5区间,应用该流型辨识准则对Govier等实验观察到的油水两相流流型试验点进行了辨识,取得了较好对比效果。此外还使用Flores等击碎聚合机理性模型验证了本文的辨识流型图,并与之结合产生了更加细化的合成流型图。     

弹状流长气泡区液膜流动的连续波特性

应用高速数字摄像与图形分析技术,在水平管中对弹状流长气泡区液膜流动的连续波特征进行了实验研究,理论分析表明弹状流长气泡区的液膜流是传播速度等于长气泡平移速度的连续波,提出了液膜厚度的控制方程,对液膜厚度的计算结果与测量结果相符合。得到弹状流中存在连续波的重要结论,揭示了稳定弹状流具有波动特性的物理本质。     

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。     

基于滑速比的气水两相流气相流量计算方法研究

目前对气水两相流的分相流量的研究中,多是针对两相流总流量和液相分相流量进行,对气相分相流量的研究很少.本文利用文丘里管和含气率传感器对空气水两相流气相流量计算方法进行了研究,在均相流模型基础上考虑了滑速比因素造成的影响,探讨了两相流气相流量计算方法.结果表明,该方法相对于传统的均相流模型在计算精度上得到了显著提高.     

冲击波压缩下含纳米孔洞单晶铁的结构相变研究

利用分子动力学模拟方法对含纳米孔洞的单晶铁在冲击波压缩下的结构相变(由体心立方结构α到六角密排结构ε)进行了研究,单晶铁样品的尺寸为17.2nm×17.2nm×17.2nm，总原子数428341个，在样品的中央预置一个直径为1.12nm的孔洞，利用一活塞分别以350，500，1087m/s的速度撞击样品产生冲击波，对应的冲击波压缩应力分别为12，17，35GPa.撞击方向沿单晶铁的［100］晶向.计算结果表明，在冲击波压缩下，孔洞对铁中的相变起了诱导作用，伴随着孔洞的塌陷，相变首先出现在孔洞周围的(011)面和(011)面上，然后扩展到整个样品.通过分析冲击压缩下原子的位移历史，解释了相变的微观机制，发现孔洞周围的原子在{011}面上沿〈011〉晶向滑移，离孔洞中心距离越近的{011}面上的原子容易滑移，间隔一层的{011}面与相邻层原子的移动位移幅度不同，这种相对滑移导致出现了新的结构(hcp结构). 关键词： 相变 分子动力学 冲击波 纳米孔洞     

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。     

Void fraction prediction in two-phase flows independent of the liquid phase density changes

Gamma-ray densitometry is a frequently used non-invasive method to determine void fraction in two-phase gas liquid pipe flows. Performance of flow meters using gamma-ray attenuation depends strongly on the fluid properties. Variations of the fluid properties such as density in situations where temperature and pressure fluctuate would cause significant errors in determination of the void fraction in two-phase flows. A conventional solution overcoming such an obstacle is periodical recalibration which is a difficult task. This paper presents a method based on dual modality densitometry using Artificial Neural Network (ANN), which offers the advantage of measuring the void fraction independent of the liquid phase changes. An experimental setup was implemented to generate the required input data for training the network.ANNs were trained on the registered counts of the transmission and scattering detectors in different liquid phase densities and void fractions. Void fractions were predicted by ANNs with mean relative error of less than 0.45% in density variations range of 0.735 up to 0.98 gcm⁻³. Applying this method would improve the performance of two-phase flow meters and eliminates the necessity of periodical recalibration.     

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。