多孔介质气液两相流流型及流型识别

摘要

在新概念反应堆堆型的研究、碎片床的冷却、石油和化学工业中的反应床中都涉及多孔介质气液两相流。本文对微球床多孔通道气液两相流进行了理论分析和实验研究。研究在常温常压下以气液两相混合物为工质进行,实验段采用在有机玻璃管中分别填充8mm、5mm、3mm圆形玻璃球的方法构成多孔介质填充床。
　　 为克服多孔介质内气液两相流流型观察困难问题,采用折射率补偿的方法进行了流型可视化研究。观察到泡状流、串状流、液柱脉冲流、乳沫脉冲流和环状脉冲流五种,并绘制了流型图。
　　 其次,分析了不同流型对应的压差波动信号时频特性。时域分析表明,不同的流型压差波动信号的幅值和周期不同。频域分析表明,随着流型的连续变化,压差波动信号的主频存在明显的规律。
　　 在阻力特性方面,采用均相流模型对多孔介质内气液两相流阻力压降特性进行了实验研究。讨论了孔隙率、填充球直径、气液两相雷诺数对阻力压降的影响,提出了一个新的阻力压降计算关联式。
　　 流型与阻力特性相关,本文尝试通过对阻力特性的分析来实现流型的客观识别。结果表明,阻力系数与流型密切相关,阻力系数的变化趋势可以客观地反映不同的流型。通过对阻力系数变化规律的分析,给出了基于阻力系数的流型过渡线和流型判别式。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 多孔介质气-液两相流实验研究的发展状况

1.2.1 流型及流型识别

1.2.2 压降特性

1.3 傅里叶变换及小波分析介绍

1.3.1 傅里叶变换及其应用

1.3.2 小波分析简介

1.4 本文的主要工作和意义

第2章 基本概念及流型研究基础

2.1 基本概念

2.1.1 多孔介质基本概念

2.1.2 多孔介质基本流动参数

2.2 常规管道中流型研究发展状况

2.2.1 常规管道中气-液两相流型划分及流型图

2.2.2 常规管道中流型识别发展状况

2.3 傅里叶变换及小波降噪理论

2.3.1 傅里叶变换

2.3.2 小波降噪理论

2.4 本章小结

第3章 气-液两相压差波动信号测量

3.1 实验系统和方法

3.1.1 实验装置介绍

3.1.2 实验内容及步骤

3.2 实验中需要解决的几个问题

3.2.1 测量信号的选择

3.2.2 取压距离的确定

3.2.3 压力传感器的选取

3.2.4 采样频率及样本数据长度的确定

3.2.5 小波基的选取

3.3 实验装置中的噪声

3.3.1 噪声的来源与分类

3.3.2 降噪准则和基本降噪模型

3.3.3 小波分析用于降噪过程

3.3.4 小波去噪中阈值的选取

3.4 本章小结

第4章 流型可视化研究

4.1 研究目的、方法及内容

4.1.1 目的

4.1.2 方法

4.1.3 内容

4.2 CaCl2溶液基本物性参数和浓度的确定

4.3 流型分类及流型图

4.4 本章小结

第5章 气-水两相流流型观测及压差波动信号分析

5.1 流型观测及流型图

5.2 压差波动信号时域分析

5.3 压差波动信号频域分析

5.4 本章小结

第6章 阻力特性及流型识别

6.1 阻力模型及数据处理

6.2 阻力特性分析

6.2.1 孔隙率ε及填充球直径dp对阻力的影响

6.2.2 阻力压降梯度拟合关联式

6.3 基于阻力系数的流型判别关联式

6.3.1 阻力系数与流型的关系

6.3.2 流型图及流型判别条件

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录:附表A 主要符号表