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Void fraction measurement and calculation model of vertical upward co-current air-water slug flow

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2022年第11期51卷 178-198页

作者： Teng Wang Miao Gui Jinle Zhao qincheng bi Tao Zhang State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering Xi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China School of Nuclear Science and Technology Xi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China

The focus of this paper is on the measurement and calculation model of void fraction for the vertical upward co-current air-water slug flow in a circular tube of 15 mm inner diameter. High-speed photography and optical probes were utilized, with water superficial velocity ranging from 0.089 to 0.65 m·s^(-1)and gas superficial velocity ranging from 0.049 to 0.65 m·s^(-1). A new void fraction model based on the local parameters was proposed, disposing the slug flow as a combination of Taylor bubbles and liquid slugs. In the Taylor bubble region, correction factors of liquid film thickness Cδand nose shape CZ*were proposed to calculate aTB. In the liquid slug region, the radial void fraction distribution profiles were obtained to calculate aLS, by employing the image processing technique based on supervised machine learning. Results showed that the void fraction proportion in Taylor bubbles occupied crucial contribution to the overall void fraction. Multiple types of void fraction predictive correlations were assessed using the present data. The performance of the Schmidt model was optimal, while some models for slug flow performed not outstanding. Additionally, a predictive correlation was correlated between the central local void fraction and the cross-sectional averaged void fraction, as a straightforward form of the void fraction calculation model. The predictive correlation showed a good agreement with the present experimental data, as well as the data of Olerni et al., indicating that the new model was effective and applicable under the slug flow conditions.

关键词： Slug flow Gas-liquid flow Void fraction Measurement Optical probe Model

Experimental Investigations on Boiling Heat Transfer Inside Miniature Circular Tubes Immersed in FC-72

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Journal of Thermal Science 2002年第4期11卷 303-307页

作者： qincheng bi Tianshou Zhao Yajun Guo Tingkuan Chen State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering Xi’an Jiaotong UniversityXi’an710049China Department of Mechanical Engineering The Hong Kong University of Science&TechnologyHong KongChina School of Environmental and Municipal Administration Engineering Xi’an University of Architecture&TechnologyXi’an710055China

To investigate the size effect on the characteristics of boiling heat transfer, boiling behavior of FC-72 in heated vertical miniature circular tubes immersed in a liquid pool was experimentally studied. Two AISI 304 stainless steel tubes with inner diameters of 1.10 mm and 1.55 mm correspondingly, were heated by swirled Ni-Cr wire heaters and sealed in Lucite blocks by silicon adhesive. Both the top and the bottom ends of the circular test sections were open to the liquid pool. The boiling curves and heat transfer coefficients were obtained experimentally. The boiling behaviors at the outlets of the miniature tubes were also visualized with a digital video camera. Experimental results show that the tube geometry has a significant effect on the boiling characteristics. Vapor blocking at the outlet of the smaller circular tube with a diameter of 1.10 mm caused severe boiling hysteresis phenomena. The CHF decreased with reducing in tube size.

关键词： boiling heat transfer pool boiling FC-72 miniature circular tube.

Experimental study on flow excursion instability of supercritical hydrocarbon fuel in scramjet regenerative cooling parallel channels

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Chinese Journal of Aeronautics 2023年第1期36卷 201-215页

作者： Xiaoyong LIU Zhuqiang YANG Ruipu MIAO Feng LIU Shujun ZHAO qincheng bi Beijing Power Machinery Research Institute Beijing 100074China Liaoning Key Laboratory of Complex Energy Conversion and Utilization School of Energy and Power EngineeringDalian University of TechnologyDalian 116024China State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering Xi’an Jiaotong UniversityXi’an 710049China

Flow instability of supercritical hydrocarbon fuel is a crucial issue in scramjet regenerative cooling structure. In this study, flow excursion instability and flow distribution in parallel tubes were experimentally studied for supercritical fluids. Two types of flow excursion occur in a single tube. Type Ⅰ and Type Ⅱ excursions, and they are corresponding to decreasing and increasing flow rate respectively. They can trigger flow maldistribution between parallel tubes and the hysteresis phenomenon of flow distribution. The effects of system parameters, including inlet temperature,system pressure, and heat flux, on flow distribution were analyzed. In addition, the relationship between flow excursion and the pseudo-critical interval proposed in the literature was established according to the heated tube outlet temperature at the onset of flow instability. Finally, the flow excursion instability boundary was obtained using two dimensionless parameters. These experimental results can provide helpful insight on the mechanism of Scramjet regenerative cooling.

关键词： Flow distribution Ledinegg instability Onset of flow excursion Parallel channels Regenerative cooling Scramjet Supercritical flow

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水平管降膜厚度分布特性及对传热的影响

西南交通大学学报 2011年第6期46卷 1013-1018页

作者：侯昊毕勤成马红西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

为了解水平管降膜流动状况,基于气液两相界面的物理特性,在外径为20～32 mm、管间距为10～40 mm、雷诺数为150～800的范围内,应用电导探针法,实验研究了液膜沿水平管周向分布特性,获得了液膜在10°～170°周向范围内的分布参数,分析了... 详细信息

为了解水平管降膜流动状况,基于气液两相界面的物理特性,在外径为20～32 mm、管间距为10～40 mm、雷诺数为150～800的范围内,应用电导探针法,实验研究了液膜沿水平管周向分布特性,获得了液膜在10°～170°周向范围内的分布参数,分析了这些分布参数对水平管局部传热的影响.结果表明:Nusselt公式对圆管下半周液膜厚度的预测值明显偏大,在不同工况下,最薄液膜出现在周向角为90°～115°的区域内;液膜厚度随管间距的增加而减小,随雷诺数的增加而增大,管径变化对其影响很小;粗糙管壁可以薄化液膜,传热管结垢区域容易引起液膜破裂,导致"干斑"现象发生.

关键词：水平管降膜液膜厚度分布特性电导探针法传热

垂直上升内螺纹管中高压汽-水两相流截面含汽率的测量

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西安交通大学学报 2015年第3期49卷 50-55页

作者：朱晓静毕勤成大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

利用四头内螺纹管构建了水平绝热管和垂直绝热管组合元件，在压力为11．3、14．2、2l_5MPa，质量流速为250～1200kg／（m^2·s），热负荷为50～300kw／m。的范围内，采用压差替代法对内螺纹管内垂直上升流动的高温、高压汽一水两相流进... 详细信息

利用四头内螺纹管构建了水平绝热管和垂直绝热管组合元件，在压力为11．3、14．2、2l_5MPa，质量流速为250～1200kg／（m^2·s），热负荷为50～300kw／m。的范围内，采用压差替代法对内螺纹管内垂直上升流动的高温、高压汽一水两相流进行了截面含汽率的测量，并分析了系统参数对截面含汽率的影响。与经典公式的计算结果对比发现，Zivi模型和我国电站锅炉水动力计算标准与试验数据相差较小，其中Zivi模型与文中试验数据误差小于15％。基于试验数据，分压力拟合了体积含汽率经验公式，与试验值相比绝大部分点的相对误差小于15％，在高千度区相对误差小于10％。研究结果表明，基于压差替代法，采用所提模型可以对垂直内螺纹管内高温、高压汽一水两相流体参数进行有效测量。

关键词：内螺纹管压差替代法垂直上升汽-水两相流截面含汽率

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磁性液体两相界面演变特性的数值研究

西安交通大学学报 2014年第9期48卷 123-129页

作者：施东晓毕勤成周荣启西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

为了克服VOF,Level Set等方法在磁性液体两相流动研究中存在的不足,采用界面追踪法(VOSET,coupled Volume-of-Fluid and Level Set)捕捉相界面,将磁场力作为源项添加到流体运动的动量方程中,建立了磁性液体流场与磁场耦合的数值方法。... 详细信息

为了克服VOF,Level Set等方法在磁性液体两相流动研究中存在的不足,采用界面追踪法(VOSET,coupled Volume-of-Fluid and Level Set)捕捉相界面,将磁场力作为源项添加到流体运动的动量方程中,建立了磁性液体流场与磁场耦合的数值方法。推导了麦克斯韦方程的二维理论解并用于验证数值解,两者吻合良好,验证了磁场求解的正确性;同时通过模拟磁性液体液滴的平衡形状验证了本数值方法的准确性;进而分别研究了均匀磁场作用下磁性液体液滴振荡及非磁性气泡在磁性液体中上升的问题。研究结果表明,液滴或气泡均会沿磁场方向拉长,增大磁场强度或磁化率将导致更显著的变形;磁感线在相界面出现弯曲,弯曲方向指向磁导率较大的介质。

关键词：磁性液体两相流数值模拟界面追踪法

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正方形小通道内不同性质溶液-氮气两相流型

西安交通大学学报 2011年第1期45卷 26-30页

作者：杨竹强毕勤成西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

采用可视化手段研究了水力直径为2.5mm的正方形小通道内蔗糖-氮气、羧甲基纤维素钠(CMC)-氮气、水-氮气和水力直径为1.0mm的正方形小通道内蔗糖-氮气的垂直绝热上升流动,对其流型、压降进行了实验采集.实验中的典型流型有:弹状流、搅拌... 详细信息

采用可视化手段研究了水力直径为2.5mm的正方形小通道内蔗糖-氮气、羧甲基纤维素钠(CMC)-氮气、水-氮气和水力直径为1.0mm的正方形小通道内蔗糖-氮气的垂直绝热上升流动,对其流型、压降进行了实验采集.实验中的典型流型有:弹状流、搅拌流和环状流.通过大量的数据得到了各个溶质的流型转变图和压降曲线,对各种流型的流动机理进行了分析,着重对黏弹性对于流动的影响进行了研究.通过水力直径为2.5mm的小通道内蔗糖-氮气、CMC-氮气和水-氮气流型的对比,总结了流体的黏弹性、流量对于流型转变的影响.对不同水力直径时的蔗糖-氮气流型进行对比研究,总结了流体水力直径、表面张力等因素对于流型转变的影响,同时在水力直径为1.0mm的小通道内发现了明显的二次流动现象.实验证实Chisholm方法对于非牛顿流体的压降处理已不再适用.

关键词：非圆截面小通道蔗糖溶液羧甲基纤维素钠溶液流型

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熔融盐–亚临界汽/水传热性能实验分析

中国电机工程学报 2018年第15期38卷 4467-4473页

作者：董新宇姚凡毕勤成动力工程与多相流国家重点实验室(西安交通大学)

熔融盐是太阳能热电联产系统中一种新型的蓄热介质,实验以60%Na NO3和40%KNO3混合二元盐为工质,分别研究熔融盐与亚临界蒸汽和亚临界水在套管中传热特性。实验结果表明：熔融盐与亚临界汽/水换热时,熔熔融盐进口温度对熔融盐努塞尔特数... 详细信息

熔融盐是太阳能热电联产系统中一种新型的蓄热介质,实验以60%Na NO3和40%KNO3混合二元盐为工质,分别研究熔融盐与亚临界蒸汽和亚临界水在套管中传热特性。实验结果表明：熔融盐与亚临界汽/水换热时,熔熔融盐进口温度对熔融盐努塞尔特数影响较大,而蒸汽或水因压力改变影响自身的物性的变化对其影响很小。根据实验数据并采用多元线性拟合熔融盐努塞尔特数实验关联式,其最大拟合偏差分别是±10%、±5%。并与经典圆管对流传热DittusBoelter、Sieder-Tate、Михеев、Gnielinski关联式比较,其计算值均比实验值大,其最大偏差在-20%- -40%。

关键词：熔融盐亚临界汽/水传热性能进口温度压力

纽带管内吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性实验研究

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西安交通大学学报 2020年第6期54卷 133-139页

作者：程想冯松陈强毕勤成西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

为了探究新型飞行器热防护结构与换热部件中结焦及流动换热机理,选择内置纽带的外径6 mm、壁厚1 mm的304型合金圆管,在质量流量为1.2 g/s、流体出口压力为3 MPa、出口温度为620 ℃的实验条件下,探究了内置纽带(扭曲比y=6.31,12.63)对吸... 详细信息

为了探究新型飞行器热防护结构与换热部件中结焦及流动换热机理,选择内置纽带的外径6 mm、壁厚1 mm的304型合金圆管,在质量流量为1.2 g/s、流体出口压力为3 MPa、出口温度为620 ℃的实验条件下,探究了内置纽带(扭曲比y=6.31,12.63)对吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性的影响。实验结果表明:相较于普通圆管,插入纽带后,结焦堵塞引起了实验段压降最大值降低了85%以上,管内结焦量减少了93%以上,实验管段外壁温随时间变化的幅度减小,相同位置的Nu有明显的提高。分析得知:螺旋纽带能使管内碳氢燃料产生旋转并引起二次流,在强化传热的同时可以冲刷附着在管内壁上的结焦沉淀,减少结焦量,进一步强化换热。

关键词：纽带管吸热型碳氢燃料结焦换热