基于COMSOL的气液两相流空隙率研究

文章利用电阻层析成像技术对管道内的气液两相流进行空隙率研究,并利用多物理场耦合软件COMSOL计算出了截面上单元的灵敏度系数,进而可得到空隙率值。文中还对气液两相流三种典型流型下的测量电压值分布形式进行了模拟,从而可以根据测量电压值的波动情况进行初步的流型辨识。该文提出的方法能够获得气液两相流的空隙率,对两相流体力学的研究以及工程应用都具有较大的价值。     

垂直上升管内气水两相流动截面含气率试验

采用伽马射线法,测量常温常压垂直上升管内气-水两相流截面含气率。采用内径15mm的有机玻璃圆管,管内两相流体折算气速范围为0.118~8.977 m/s,折算液速范围为0.102~2.012 m/s,分析截面含气率随折算气速、体积含气率的变化规律。通过把伽马射线法截面含气率的试验测量值与经典模型理论公式计算值进行对比分析,测量值与Armand-Massena公式计算值吻合最好,相对偏差较小。     

基于COMSOL与MATLAB的气液两相流空隙率研究

文章利用电阻层析成像技术进行了空隙率的静态测试,并将测试数据、COMSOL计算数据与MATLAB编程数据进行了比较.在验证了所编MATLAB程序的正确性后,将其应用于气液两相流空隙率测试.为了避免电阻层析成像技术在气液两相流空隙率测试中图像处理的难题,文中针对三种典型的气液两相流流型,建立了各自流型下的空隙率与截面平均电导率之间的函数关系.具体试验时,可将试验测试数据导入所编MATLAB程序中,得到截面平均电导率,并将此值代入对应流型下的空隙率与截面平均电导率之间的函数关系式中,进而得到空隙率值.该文提出的方法能够解决气液两相流空隙率测试的难点,具有较大的工程应用价值.     

汽轮机叶片冲蚀试验中液滴尺寸分布的光散射测量

根据气液两相流中液滴尺寸分布服从双参数Ｒｏｓｉｎ－Ｒａｍｍｌｅｒ分布的特点，介绍了一种双角度前向小角光散射测量液滴尺寸分布的方法。采用该方法在汽轮机叶片热态湿蒸汽冲蚀试验台上进行了连续１００ｈ的在线测量。试验结果和测量的不确定度分析表明，该方法简单可靠，可以应用于气液两相流的在线测量。     

含气率对多相混输泵内气液两相分布规律的影响

为了探究含气率对多相混输泵内气液两相分布规律的影响，本文基于标准的k-ε湍流模型和时均N-S方程，对不同含气率下混输泵内的流态进行数值计算，分析了混输泵内不同位置处的气液两相分布规律。结果表明：不同压缩级动叶轮进口截面到出口截面的气相体积分数从轮毂至轮缘逐渐变小，同时叶轮靠近轮毂处、轮毂至轮缘中间位置处以及轮缘处的最大气体体积分数位置将随着含气率的增加而增加。另外在离心力的作用下混输泵动叶轮内越靠近轮缘液相越集中，越靠近轮毂气相越集中。此研究结果为提高多相混输泵的混输性能和运行效率提供了参考。     

纳米流体水平管内沸腾流型的模拟研究

利用UDF编程定义纳米流体相变源项,对Al2O3-H2O纳米流体在水平管内的沸腾过程进行了数值模拟,分析研究了纳米流体在水平管内沸腾的流型特点,结果表明水平管内沸腾蒸发产生的相变含气率沿着管长方向不断增加,但相同截面位置纳米流体的含气量高于纯水的含气量,有助于强化流体的扰动与混合。对于不同浓度的Al2O3-H2O纳米流体的流型研究表明：颗粒浓度对于纳米流体管内沸腾过程的影响不大。随后将纳米流体与纯水的流型进行比较,结果表明Al2O3-H2O纳米流体使得管内沸腾更剧烈,也更容易沸腾,这将改善水平圆管的流动特性。     

基于Open FOAM的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟

基于OpenFOAM开源工具箱,植入动量阻尼方程和规则波动网格边界,形成可靠的三维动网格气液两相流数值波浪水槽,在设置斜率为1∶6的斜坡平台上,模拟了波浪在近岸带浅滩破碎区的气液两相流破碎演化过程。数值模拟结果与试验值吻合较好,对波浪在浅滩破碎区发生的变形、坍塌、周围气体变化等情况模拟完整,可为波浪破碎机理研究提供较好的数据支撑。     

竖直圆管两相逆流液泛形成实验

在常温条件下，用空气和水作工质进行了管内气液两相逆向流动的实验，用γ射线仪测取相关实验数据。对数据进行分析和处理，发现管子下端局部含液率增加，液膜增厚是液泛形成的一个重要因素。     

摇摆周期对板式换热通道内汽-液两相流阻力影响研究

板式换热设备越来越广泛应用于船舶换热系统,其内部结构为窄矩形通道,高功率换热条件下,可能形成汽-液两相流,汽-液两相流的阻力特性影响着换热性能。因此,在海洋摇摆条件下,竖直窄矩形通道内汽-液两相流阻力特性研究成为船舶换热方面一个研究热点。实验结果表明,摇摆角度等其他因素不变,阶段性增加摇摆周期,试验段总压力减小,压差变化频率减小,周期性明显增加。通过理论分析,摇摆周期增加,摩擦压降频率和幅值不变;重位压降变化频率减小,幅值不变;附加压降变化频率减小,幅值减小。造成总压降幅值逐渐减小,变化频率逐渐较小,周期性越来越明显。     

微气泡减阻的二相湍流边界层模型计算

利用边界层中注入微气泡来降低固体壁面摩擦阻力是一项有实用价值且有待进一步研究的减阻技术.本文以含微气泡的湍流边界层为研究对象,以气液二相流理论为基础,对二相湍流边界层控制方程进行了详细讨论,并利用差分网格法进行了求解,计算结果表明微气泡具有明显的减阻效果.最后对影响减阻效果的因素进行了分析,指出了今后的研究方向.     

LNG在微小通道中沸腾流动与换热特性的数值研究

针对LNG在亚临界状态下的工作要求,利用VOF多相流模型对LNG在1 mm、1.5 mm、2 mm和2.5 mm共4种直径微小通道内的沸腾流动与换热特性进行研究,操作压力为0.1 MPa,热通量为40.9～385.4 kW/m²,质量通量为110～600 kg/m²·s。研究结果表明：在直径为1.5 mm、2 mm和2.5 mm的微小通道中,观察到了泡状流、弹状流、波状-环状流、过渡流和雾状流5种流型,而对于直径为1 mm的通道,没有观察到弹状流和过渡流,却出现了受限泡状流和柱塞流,且发现流型随通道直径的减小而转变加快,不同管径中的流型种类以及所占通道比例不同。当通道直径由2.5 mm减小到1 mm时,在波状-环状流区域对流换热系数提高了24.6%,但压降增加了50.1%。当质量通量增加到600 kg/m²·s,对流换热系数提高了22.6%,压降增加了55.8%。     

快艇气泡减阻的原理研究与相似比分析

分析了高速气泡船气液两相流动的特征,进而将气泡船复杂的三维流动简化为两维人工气泡绕流的两相流物理模型,并提出了两维人工气泡绕流的相似律.采用有限体积法和VOF方法,建立了两维人工气泡绕流的数学模型.应用该数学模型,研究了气泡船在无气泡、气泡封闭、气泡半开三种典型绕流时的气液流场特性,得到了气泡长度、气泡形状随来流速度、气泡腔压力、气体流量的变化规律,分析得出了在高速气泡船底部形成稳定气泡的力学条件.相关研究结果对高速气泡船底部气泡腔的设计具有指导意义.     

油水两相流粘度变化对涡轮流量计测量影响的实验研究

利用涡轮流量计测量了油水两相流动时的混合速度,重点研究了油相粘度变化和流量计入口油水相含率变化对测量精度的影响.实验采用了七种不同的油相粘庹(50,160,225,400,700,1100,1450mPa·s),并在含油率0-100%范围内记录了292组不同油水混合流量下的测量值.研究结果表明,当油相粘度为低粘值50和160mPa·s时,涡轮流量计的测量误差较小,且不受入口油相含率的影响,绝对误差均在±5%以内.当油相粘度大于225mPa·s时,随着入口油相含率的增加,误差逐渐增大.当油相粘度进一步提高到1100mPa·s以上时,涡轮流量计在较低的入口油相含率下进入非线性失效区.此外,实验数据还显示,用涡轮流量计测量油水混合流速时,测量结果对油水两相流流型不敏感.     

冷却液舱内水下气体射流的数值模拟

本文采用数值模拟方法,对高温高压饱和蒸汽通过管道,输送到船用冷却液舱内出现的射流现象进行了研究。基于VOF多相流模型和RNG湍流模型,建立气、液两相流动数学模型,利用Fluent模拟了气体通过管路喷射到液舱内的全过程,同时考虑了气、液两相间的相互转化,得到了液舱内及管路内流场压力变化特性。     

船舶空调系统集中通风口雨水分离器除水效果仿真优化

研究极端环境对船舶空调系统的影响以及应对措施。采用数值模拟的手段，利用欧拉-拉格朗日方法分析气液两相流在带钩波纹板雨水分离器中的分离过程，并研究不同的风速、雨滴粒径、通道板间距对雨水分离器除水效果的影响，结果表明，风速、通道板间距对除水率影响较大，雨滴粒径为0.5 mm～2.5 mm时对除水的影响较小。根据此结果，综合考虑雨水分离器的除水率及经济环保等因素，提出应对极端强降雨环境的措施，即安装单通道板距32 mm的雨水分离器。     

冰级船海水管路冰塞的影响因素分析与改进

针对极地和渤海湾地区冰期大量细小海冰随水流进入海水管道引起的冰塞问题,以极地运输船海水冷却系统为研究对象,文章利用Fluent软件分别对水平直管和法向弯管进行冰水两相流数值模拟,分析在不同入口流速与内循环系统温度的条件下,水平直管和法向弯管对海水-冰晶两相流换热影响的关键因素,以及海水管道内海水-冰晶换热分布情况。利用仿真分析结果,针对海水系统提出了防冰塞改进措施。     

摆盘机水下排气噪声的研究

本文对摆盘式发动机气液脉动两相流水下排气噪声的形成过程和影响因素进行了理论和实验研究，给出了控制水下排气噪声的主要技术途径，并进行了初步实验验证。     

竖直管内液泛及两相逆流数学模型研究

针对竖直管内液泛形成时管子入口截面含液率与液膜厚度增加的特点，本文建立了分析管内液泛问题的数学模型，并对数学模型进行数值计算，计算结果与管内液泛的实验值能较好的吻合，为研究管内液泛的问题提供了一种较好的分析计算方法。     

大型疏浚泥泵固液两相流场特性的数值模拟分析

基于欧拉双流体模型对绞吸挖泥船大型泥泵进行固液两相流的非定常数值模拟计算，通过对比分析颗粒粒径、颗粒浓度、颗粒密度对两相流线、固相颗粒浓度分布等流场特性的影响，为提高疏浚泥泵的优化设计提供指导。模拟结果表明，颗粒物理特性对液相流线分布的影响较小，随着颗粒粒径增大，液相对固相的带动作用减弱；随着颗粒密度的增大，液相对固相的带动作用未减弱；随着颗粒浓度增大，液相对固相的带动作用增强；随着粒径和密度增大，颗粒分布不均性加强；随着颗粒浓度的增大，颗粒浓度分布均匀性加强，靠近叶片壁面浓度明显增大。对比了两种泥泵流道的颗粒浓度分布，通过叶轮流道的优化设计，可以减少颗粒在流道表面的集聚，降低泥泵磨损。     

基于SPH方法的M型快艇入水载荷仿真分析

[目的]为研究M型快艇典型截面结构入水过程中受到的水动力载荷,[方法]基于光滑粒子动力学(SPH)液-气两相流算法,模拟平板和弓形模型的入水过程,以验证所用算法的精确性。在此基础上,模拟M型快艇典型截面结构的入水过程,并与相关文献的试验结果进行比较。[结果]结果显示:两种结构入水过程的仿真结果与试验结果吻合较好。M型快艇入水过程中存在二次砰击现象,即在主船体斜升角较大时会导致第1次砰击载荷较小,若斜升角过大时第2次砰击过程中结构则受到的砰击载荷会显着增加。[结论]研究结果表明,SPH两相流算法可以很好地模拟M型快艇入水过程,斜升角的设计大小应适当。