两相流动

摘要： 运用CFD数值仿真技术与试验相结合的方法,探究了一种并联分离式重力热管在恒定加热功率条件下的传热特性与其机理.运用流体体积(VOF)模型来模拟两相流动,通过加载用户定义函数(UDF)完成蒸发冷凝的设置与计算局部熵产率,从而分析热管内流动与传热的机理.通过数值仿真与试验结果的比对,验证了计算模型的精度与可靠性;通过分析热管局部熵产率云图,揭示了冷凝段温度分布不均匀性的物理成因.研究结果表明,对于并联热管中的两相流,流体更加倾向流入靠近来流干管的支管,传统的并联式设计不能保证其流动的均匀性.

摘要： 液固两相流化床具有液固相接触效率高、传质和传热性能好、颗粒分布均匀等优点,已被广泛应用于众多工业过程中。然而,流化床中与传质过程耦合的颗粒流化的复杂非线性特征及其湍动特性,使得对传质过程特性的研究十分困难。且仅依靠实验观测和理论预测难以揭示多相流相互作用规律,无法获得全面和详细的速度场和浓度场分布情况。近年来,数值模拟的快速发展为深入探索流化床中液固两相流动行为及其与传质过程耦合问题提供了重要的途径。本文对流化床液固两相流动与传质过程模拟方法进行了综述,并对其未来研究趋势进行了展望。借助于计算传质学理论可以更精确地预测局部浓度的分布情况,进而可以深入分析液固两相流化床中的传质过程规律与传质特性,为液固两相流化床的设计和优化提供理论基础。

摘要： 为了解决由于颗粒粒径大、流体相互作用复杂导致的混输泵内两相流动研究困难的问题,针对10 mm颗粒粒径的混输泵流动,使用标准k-ω模型,构建相同体积浓度、不同颗粒粒径的流动模型来研究粒径对于泵外特性的影响,并探究不同粒径颗粒在泵内的分布情况.同时,还结合熵产理论,研究不同流量下混输泵内的能量损失及泵内过流部件的局部熵产情况.结果表明,混输泵叶轮流道内,颗粒在叶轮入口处发生低速堆积现象,颗粒速度随径向距离增大而增大.另一方面,在两极之间,第2级叶轮入口颗粒堆积现象减弱.随着粒径减小,颗粒在叶轮流道内加速度增大,出口处小粒径颗粒速度较大,且小粒径颗粒贴叶片运动现象比较明显.对比熵产,两极之间第2级熵产损失明显较大,造成2级外特性差异.同时,对比熵产分布发现,第2级叶轮和导叶内的局部熵产生率较大.研究结果对深海采矿水力提升装置中粗颗粒混输泵内流动的研究具有一定的参考价值.

摘要： 颗粒湍流有其自身的产生与耗散。鉴于颗粒湍流模型对预测精度有很大影响,建立了考虑各向异性和两相相互作用的颗粒相湍流模型,采用代数雷诺应力模型封闭气固两相产生项及两相速度关联产生项。分别利用本模型和k_(g)−ε_(g)−k_(p)−ε_(p)−θ模型对比研究了轴对称旋流两相流动的颗粒相平均速度及脉动速度,结果显示,本模型的模拟结果比k_(g)−ε_(g)−k_(p)−ε_(p)−θ模型的更接近于实验数据,表明本模型更符合颗粒湍流的内在特性。

摘要： 针对多相流动下稠油热采井注汽过程中耦合机理不明确,开采参数优化不完善的问题,基于气液两相流理论,考虑井筒倾斜影响,结合井筒液膜分布特征,建立稠油热采井全井段气液两相热流耦合模型,分析不同参数对井筒内湿蒸汽热力学性质的影响规律。研究表明:井筒倾斜角小于45°时,湿蒸汽热力学性质受井筒倾斜程度影响较显著;井筒倾斜角大于45°后,对湿蒸汽热力学性质的影响逐渐减弱;蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽干度等随井深增大而发生变化,水平段的变化更显著。对辽河油田3口热采井注汽量等参数进行优化,在预期的油井产量条件下,注汽量分别降低了15.3%、16.6%、14.7%,显著降低了热采水平井的开发成本。该研究对指导井口注汽参数优化,提高注汽热效率具有重要指导意义。

摘要： 针对非常规储层多相渗流微观机理认识不清且室内实验开展困难的问题,基于星形截面流体微观赋存模型,结合高性能图论算法和开源可视化表征软件,在考虑活塞式驱替、卡断填充、协同式填充、带油膜充填等孔喉微观填充机理基础上,建立孔隙网络两相流动模拟方法;并运用该方法模拟了初次排驱和不同润湿性条件下的水驱油过程,实现了对孔隙网络内非润湿相连通关系的动态监测,表征了剩余油的三维空间展布,计算得到相对渗透率曲线和毛细管力曲线。通过对比计算获得的相对渗透率曲线与室内实验获得的相对渗透率曲线,验证了建立的孔隙网络两相流动模拟方法的有效性和准确性。运用建立的孔隙网络两相流动模拟方法对吉木萨尔页岩储层的复杂油水两相流动机理进行了探讨。结果表明:吉木萨尔页岩储层两相流区域狭窄,残余油饱和度高,水相存在“渗透率圈闭”现象。研究结果为非常规储层两相流动模拟提供了有效方法。

摘要： 为了探究W_(25)Fe_(25)Ni_(25)Mo_(25)高熵合金弹体在侵彻过程中宏观变形行为与材料微细观结构之间的联系,基于对两相流动模型的简化,建立了考虑软、硬相密度、流速以及浓度差异的等截面直管两相流动演化模型.类比宏观状态下侵彻弹体头部材料的流入流出特性,选定分析区域,建立两相细观结构下材料在分析区域的流入流出关系,再结合细观结构演化方程,给出了分析区域中浓度演化结果,提出了表征材料浓度演化速率的流动稳定系数t/l_(length).为了对比不同细观结构弹体的侵彻行为,选取典型两相材料钨铜合金(W_(70)Cu_(30)),基于小口径弹道枪发射平台开展两种弹体侵彻半无限钢靶试验,对比两种合金弹体细观结构演化行为.结果表明,硬相浓度分布总体上体现“中心浓,边缘稀”的特点;硬相的浓度越高,密度越大,驱动速度越快,则流动稳定系数t/l_(length)值越小,侵彻过程中弹体的流动稳定性越好,弹体头部材料越容易形成连续的塑性流动带.等截面直管两相流动演化模型可用于描述侵彻过程中弹体头部材料的流动稳定性,揭示了侵彻过程中弹体头部变形与细观两相结构之间的关联机制.

摘要： 气液分离广泛采用叶片式分离元件,叶片形式、叶片间距、叶片高度、液滴粒径、液滴含量和主体流速等因素均影响元件的分离性能。采用计算流体动力学(CFD)模拟软件ANSYS FLUENT对3种叶片式气液分离元件(NH-TP、NC-TP和TP叶片)进行数值模拟及对比分析,得到各因素对分离效率及压降的影响,并对叶片的工况适应性进行了分析。结果表明:NH-TP的间距应大于20 mm,否则容易导致压差过大,而NC-TP和TP间距可取10 mm;液滴粒径大于20μm时在各种速度下均可获得较高分离效率,而小液滴仅在理想重力分离和理想惯性分离工况下较高;惯性分离速度下的分离效率与叶片高度无关,主体分离速度低时分离效率随着板高增加而降低;不同形式叶片的最差工况速度不同,但NH-TP在最差工况下仍能保持较高分离效率,对工况的适应能力最好,开槽的NC-TP次之,TP叶片适应能力最差。

摘要： 为模拟深水无隔水管钻井过程中气侵后井筒内气液两相流动特点,建立了深水无隔水管钻井井筒气侵两相流模型,并采用有限差分法对模型进行求解。选取墨西哥湾一口深水井进行实例分析,研究了不同钻井工况对深水无隔水管钻井过程中气侵后井筒流动规律的影响。研究结果表明,关井时间对井筒压力分布影响最明显,随着关井时间的增加,气侵严重程度增大。随着钻井排量的增加,气液混合物运移加快,大大减少了关闭防喷器的反应时间。当钻井液密度增大时,井底气侵率会随着井底压力的增大而减小。钻井进入高地温梯度地层时,会有更多的气体从钻井液中释放出来,导致井底压力降低。钻遇高渗透率地层时,由于初始气涌体积较大,且气体沿井筒向上移动速度较快,溢流风险较大。研究成果可为深水无隔水管钻井气侵控制方面提供重要的理论依据和技术指导。

摘要： 微化工技术作为一种高效的过程强化技术获得了广泛应用.本文从流动、传递及反应三者之间的耦合机制出发,系统综述了近十五年以来关于微尺度内液-液两相流动与传质过程特征、强化传质的微反应器、评价标准及其在化学品合成与材料制备中的应用等方面的研究进展,并对其未来发展方向进行了展望.

摘要： 随着算法和计算机浮点运算能力的进步,直接数值模拟逐渐成为分析复杂两相流动机理的有效手段.传统直接数值模拟方法对数值格式耗散控制和网格分辨能力有较高的要求,大幅增加了计算负载.本研究采用多矩有限体积法(CIP-CSL,即Constraint Interpolation Profile-Semi-Lagrangian格式)离散两相流动控制方程;在单元内部使用代数方法重构VOF(Volume of Fluid)界面;同时改进了高度函数法计算局部曲率的精度.除此之外,为保证直接数值模拟计算效率,采用块自适应网格方法对自由面、大速度梯度等关键区域进行局部加密.本研究设计了数值实验,计算表面张力波(Capillary Wave)在不同Laplace数下的自由表面流动不稳定性问题,其自由面变形率与经典势流理论吻合较好.然后,使用该自适应网格求解器对不同Weber数和Reynolds数下的液滴碰撞问题进行了直接数值模拟,数值结果与实验数据进行了比对,充分证明了本方法的数值精度和有效性.

摘要： 为了研究蒸汽发生器U形管束区域的流动阻力特性,可将U形管束分解成不同倾斜角度的直管束,研究倾斜管束外的流动阻力特性.本文设计建造了管束外流动与换热试验回路,开展了倾斜管束外单相水与空气-水两相流动阻力特性试验研究,得到以下结论:提出了一个新的叠加模型计算倾斜管束单相水流动阻力,得到了竖直、水平和倾斜管束单相水流动阻力试验数据,叠加模型预测值与倾斜管束单相水流动阻力试验值符合很好;倾斜管束空气-水两相摩擦倍增因子可采用Martinelli数和无量纲质量流速进行拟合;对于给定的Martinelli数,两相摩擦倍增因子随质量流速的增大而减小;当质量流速小于200kgm-2s-1时,对于给定的质量流速,随着Martinelli数的增大,两相摩擦倍增因子先增大后减小;试验得到的两相摩擦倍增因子关系式可很好地预测倾斜管束两相流动阻力.

摘要： 应用计算流体力学软件,研究了裂缝内温度、压力、超临界二氧化碳流速、支撑剂浓度等参数条件下裂缝内超临界二氧化碳携带支撑剂两相流动规律.模拟结果表明:压裂液流速为1m/s、支撑剂进入裂缝20s时,开始形成砂堤区,随着流动时间的增加逐渐出现滚流区、悬浮区和无砂区,并于100s左右达到稳定状态;支撑剂沉降稳定时间随着流速的增加而增大,随着支撑剂浓度增大而逐渐缩短;裂缝内温度、压力影响超临界二氧化碳压裂液的物性,温度越高、压力越小,二氧化碳粘度越低,支撑剂的沉降稳定时间越小.

摘要： 本文针对氮气在低温喷嘴中自发凝结的两相流动,选用Standard-Redlich-Kwong气体状态方程,忽略气液相之间的速度滑移,利用商业软件CFX中的平衡和非平衡凝结模型对于S1型喷嘴进行了二维数值模拟.两种模型数值模拟结果对比表明:相变释放潜热及气液之间的导热会加热气体,使得气流压力升高、马赫数降低.在非平衡凝结模型中,采用经典成核理论来计算气液两相间的质量传递,氮气自发凝结的过冷度可以达到8K左右,成核率达到了1018m-3s-1.计算结果与分析表明非平衡数值模型能够更好地揭示低温下氮气自发凝结的两相膨胀过程.

摘要： 本文实验研究了流体竖直向上流过堆积多孔介质床的单相、两相流动特性.实验采用3mm和6mm的玻璃球来构建多孔介质床,以空气和水作为流动工质,分别进行了单相和气-水两相竖直向上流动实验.实验研究表明,单相流体流过堆积多孔介质床时,其阻力压降随流速的增加而升高,随堆积颗粒直径的增大而减小.气-水两相竖直向上流过堆积床时,两相压降梯度随速度升高先降低后升高.当气速比较低时,Schulenberg & M(u)ller模型计算的两相阻力压降与实验值一致,当气速较高时,实验测量值更接近Reed模型计算值.

摘要： 中粗砂土质对疏浚泵内流道壁面的冲蚀磨损严重,准确模拟疏浚泵内高浓度的砂-水两相流动并预测冲蚀磨损情况是疏浚泵数值研宄的重要发展方向.综合考虑计算准确性与资源消耗,设置了适用于中粗砂浆冲蚀疏浚泵内壁的数值模型,对比了离散相及浓离散相方法求解不同浓度砂浆对叶轮的冲蚀磨损,发现离散相方法忽略了体积分数的影响,无法准确求解泵内高浓度的砂浆流动.通过对叶轮内两相流场的分析,探讨了冲蚀及砂粒浓度增加后冲蚀位置变化的可能原因,为该泵叶轮的优化改造提供理论依据.通过编写UDF修正壁面碰撞及冲蚀率公式,考虑了壁面附近的高浓度粒子流对其他粒子冲蚀壁面的屏蔽作用,数值求解了22％浓度的砂浆对泵内流道的冲蚀,数值结果与实际泵在相同条件下的磨损情况相近.

摘要： 湿式离合器带排工况润滑油的流动特性对传动系统效率有着重要影响,高速旋转时,湿式离合器内部形成的复杂油气两相流动会严重影响离合器的带排转矩值.以车用湿式离合器为研究对象,基于有限体积法,采用VOF多相流模型,RNG k-ε湍流模型,建立了考虑径向沟槽影响的三维湿式离合器油气两相流动模型,获得了湿式离合器油气两相流动的流场分布特性,研究了不同沟槽数量、沟槽深度、润滑油流量、对偶片间隙以及沟槽槽占比对湿式离合器带排转矩特性的影响规律,研究结果表明,湿式离合器内部润滑油的分布是不均匀的,随沟槽的分布呈现出周期性变化,沟槽处润滑油油液体积分数最大;带排转矩随沟槽数目的增大而减小、随沟槽深度的增大而减小、随润滑油流量的增大而增大、随对偶片间隙的增大而减小、随沟槽槽占比的增大而减小.

摘要： 本文研究基于液体燃料的火箭基连续旋转爆震发动机,建立发动机喷注的三维模型,对发动机的喷注混合过程两相数值模拟.发动机中内流动为煤油燃料与氧化剂的两相流动,煤油从小孔喷入,气体从环缝进入.数值仿真中,气相基于SST-k-ω模型的湍流输运方程、液相基于颗粒随机轨道模型的拉格朗日方法进行计算,通过气液两相耦合计算,得到连续旋转爆震发动机中液体燃料雾化与混合过程.通过改变不同燃料出口速度,不同喷孔位置以及不同的气体来流速度,对颗粒直径分布和混合效率等因素进行分析,总结连续旋转爆震发动机中液体喷注混合过程中的掺混规律.

摘要： 本文采用高速摄像仪可视化观察了船舶核动力系统在摇摆和起伏条件下矩形通道内汽泡运动特性,发现在孤立汽泡区域,运动条件对单汽泡生长影响较小,但会使得汽泡脱离直径减小.随着热流密度的增加,汽泡数量逐渐增多,明显观察到在一个运动周期内,汽泡群数目和尺寸分布不均,且汽泡运动速度时快时慢,这会导致加热面壁温出现周期性波动,进而影响了两相沸腾传热.

摘要： 本文采用高速摄像仪可视化观察了船舶核动力系统在摇摆和起伏条件下矩形通道内汽泡运动特性,发现在孤立汽泡区域,运动条件对单汽泡生长影响较小,但会使得汽泡脱离直径减小.随着热流密度的增加,汽泡数量逐渐增多,明显观察到在一个运动周期内,汽泡群数目和尺寸分布不均,且汽泡运动速度时快时慢,这会导致加热面壁温出现周期性波动,进而影响了两相沸腾传热.

摘要： 本发明涉及一种气动循环式油水两相流等相份额流动分配装置，包括进气管、进水管、进油管和主循环管道；主循环管道为“日”字形结构，“日”字形结构的左、右两侧分别为竖直上升流动管段、竖直下降流动管段，中部、下部分别为气液分层流倾斜下降管段、油水两相倾斜回流管段，上部为集气管；进气管的出口端与竖直上升流动管段的中下部连通，进水管、进油管的出口端均连入进气管上，集气管上设有排气口，竖直上升流动管段的最下端连接有排液口，竖直下降流动管段的下部设有油水两相流分配器。本发明使互不相溶的油水两相在主循环管道内循环流动、充分混合，将循环混合后的油水两相按等相份额的要求分配到管束的每个支管。

摘要： 本发明公开了一种气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器，所述反应器包括相连接的上、下两部分，上、下两部分均为回转体，上、下回转体为自回转体的底部至上、下回转体相连接的方向回转体的截面直径逐渐增大的结构。在反应器的下回转体上设有至少一个气体进料通道，反应器顶部设有出气口，所述气体进料通道沿反应器下回转体内圆周切线方向设置。还公开了一种利用该反应器实现全混流反应的方法，进气后先形成螺旋上升的涡流，再形成上下方向的涡流，上下方向的涡流和螺旋上升的涡流混合实现返混。本反应器可利用自身结构实现气相或气固两相反应，结构简单，结合上述进气速度等参数，可使无因次方差接近1，从而实现全混流。

摘要： 本发明公开了一种气液两相流分配器与气液两相流分配方法。分配器设有混合管(1)、分配腔筒体(6)、转动轴(10)。混合管内沿轴向设有螺旋板(3)，混合管的入口附近设有节流孔板(2)、出口附近设有分布板(5)，分配腔筒体的入口附近设有支架(7)。分配腔筒体的内表面上设有固定隔板(8)，转动轴的外表面上设有转动隔板(9)。端板(13)上设有第一分配腔出口管(11)和第二分配腔出口管(12)，第一分配腔出口管与第一分配腔相通，第二分配腔出口管与第二分配腔相通。本发明还公开了一种气液两相流分配方法，使用上述的气液两相流分配器。本发明可用于石油、化工、核工业等领域，实现气液两相流的按比例精确分配。

摘要： 本发明涉及含有碳纳米管(CNT)的粒子或者粉末形式的复合材料的加工，其中，在该材料中，例如将金属以10nm-500000nm的厚度，与厚度为10nm-100000nm的CNT层交替进行成层。该材料是通过机械合金化来生产的，即，通过将金属粒子和CNT粒子进行重复的变形、破碎和焊合来生产，优选通过在球磨机中进行研磨，该球磨机含有研磨室和作为研磨体的研磨球以及用于产生高能球碰撞的旋转体。还描述了一种生产两相铝的方法，在其中，以Ospray方法，将材料作为复合材料和不同性能的铝合金的组合来进行合金化。

摘要： 本发明涉及一种气动循环式油水两相流等相份额流动分配装置，包括进气管、进水管、进油管和主循环管道；主循环管道为“日”字形结构，“日”字形结构的左、右两侧分别为竖直上升流动管段、竖直下降流动管段，中部、下部分别为气液分层流倾斜下降管段、油水两相倾斜回流管段，上部为集气管；进气管的出口端与竖直上升流动管段的中下部连通，进水管、进油管的出口端均连入进气管上，集气管上设有排气口，竖直上升流动管段的最下端连接有排液口，竖直下降流动管段的下部设有油水两相流分配器。本发明使互不相溶的油水两相在主循环管道内循环流动、充分混合，将循环混合后的油水两相按等相份额的要求分配到管束的每个支管。

摘要： 本发明公开了一种气相或气固两相流体实现全混流流动的反应器，所述反应器包括相连接的上、下两部分，上、下两部分均为回转体，上、下回转体为自回转体的底部至上、下回转体相连接的方向回转体的截面直径逐渐增大的结构。在反应器的下回转体上设有至少一个气体进料通道，反应器顶部设有出气口，所述气体进料通道沿反应器下回转体内圆周切线方向设置。还公开了一种利用该反应器实现全混流反应的方法，进气后先形成螺旋上升的涡流，再形成上下方向的涡流，上下方向的涡流和螺旋上升的涡流混合实现返混。本反应器可利用自身结构实现气相或气固两相反应，结构简单，结合上述进气速度等参数，可使无因次方差接近1，从而实现全混流。

摘要： 本申请公开了气液两相流动态流动过程的瞬时流量测量模型构建方法，步骤1，选取模型构建样本过程中气液两相流测量信号的采集设备；步骤2，获取模型构建样本过程中气液两相流的累计或平均流量样本标签；步骤3，构建样本数据；步骤4，将管道压力和气体温度通过气体方程换算成气体的密度ρ，重新确定样本输入维度为dP1、dP2、ρ；步骤5，采用基于一维卷积的神经网络构建气液流量瞬时模型(model_s)，瞬时模型的时间长度为s；步骤6，构建平均流量约束模型；步骤7，基于步骤6构建的约束模型(model_ave)，采用半监督的学习方法对步骤5构建的瞬时模型进行训练。解决了现有技术中采用累计流量/平均流量数据标签无法构建瞬时流量测量模型的问题。

摘要： 本申请公开了气液两相流动态流动过程的瞬时流量测量模型构建方法，步骤1，选取模型构建样本过程中气液两相流测量信号的采集设备；步骤2，获取模型构建样本过程中气液两相流的累计或平均流量样本标签；步骤3，构建样本数据；步骤4，将管道压力和气体温度通过气体方程换算成气体的密度ρ，重新确定样本输入维度为dP1、dP2、ρ；步骤5，采用基于一维卷积的神经网络构建气液流量瞬时模型(model_s)，瞬时模型的时间长度为s；步骤6，构建平均流量约束模型；步骤7，基于步骤6构建的约束模型(model_ave)，采用半监督的学习方法对步骤5构建的瞬时模型进行训练。解决了现有技术中采用累计流量/平均流量数据标签无法构建瞬时流量测量模型的问题。

摘要： 本发明公开了一种用于液固两相流动实验的固相颗粒落料装置。空心不锈钢支撑架的底部设有滚轮，支撑架上水平固定有放料板，支撑架固定连接沿竖直方向升降的两个升降杆，两个升降杆之间通过支撑杆连接形成H型，两个升降杆的下端均固定在空心不锈钢支撑架，上端分别连接水平的伸缩杆，两个伸缩杆相互平行且位于同一平面，两个伸缩杆之间固定有水平的支撑板，支撑板的中部开有用于放置落料漏斗的支撑孔，支撑孔的孔径小于落料漏斗的最大外径，落料漏斗通过支撑孔卡接固定在支撑板上，落料漏斗的出料口设有用于控制固相颗粒落料量的调节阀。本发明降低了实验成本，装置可移动性强，能够重复多工况使用。

摘要： 本实用新型公开了一种用于液固两相流动实验的固相颗粒落料装置。空心不锈钢支撑架的底部设有滚轮，支撑架上水平固定有放料板，支撑架固定连接沿竖直方向升降的两个升降杆，两个升降杆之间通过支撑杆连接形成H型，两个升降杆的下端均固定在空心不锈钢支撑架，上端分别连接水平的伸缩杆，两个伸缩杆相互平行且位于同一平面，两个伸缩杆之间固定有水平的支撑板，支撑板的中部开有用于放置落料漏斗的支撑孔，支撑孔的孔径小于落料漏斗的最大外径，落料漏斗通过支撑孔卡接固定在支撑板上，落料漏斗的出料口设有用于控制固相颗粒落料量的调节阀。