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立式螺旋管内气–液两相流动参数测量与流型研究

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工程热物理学报 2024年第9期45卷 2687-2695页

作者：李熙陈可欣朱彦霖王珩沅李会雄西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

由于螺旋管蒸汽发生器内部气–液两相流的流型分布和转换规律相比直管更为复杂,准确测量两相流的流型分布及预测其转换规律对螺旋管蒸汽发生器的设计和运行安全有十分重要的意义。本文开发了用于螺旋管中两相流参数测量的双头电导探针... 详细信息

由于螺旋管蒸汽发生器内部气–液两相流的流型分布和转换规律相比直管更为复杂,准确测量两相流的流型分布及预测其转换规律对螺旋管蒸汽发生器的设计和运行安全有十分重要的意义。本文开发了用于螺旋管中两相流参数测量的双头电导探针测量系统,利用双头电导探针在水–空气两相流实验台上对内径为8 mm的立式螺旋管内气–液两相流的流动参数进行了测量,使用高速摄像机记录了各流型的典型相分布特征,结合探针测量得到的两相流参数与高速摄影图像对螺旋管两相流流型的特征及转换过程进行了分析。根据电导探针的测量数据,分析了气、液相的表观速率对空泡份额、气泡速度、气泡弦长的影响,得到了气泡弦长、空泡份额、高速摄影特征及采集电信号波形类型与流型之间的对应关系。研究发现,在本实验的工况范围内,立式螺旋管中气–液两相流主要包含四种流型:塞状流、弹状流、泡状流以及类环状流,其中,类环状流对应的两相流参数分布范围最广,并且其分布的参数范围比文献中报道的该流型的分布参数范围更大。

关键词：螺旋管气–液两相流电导探针两相流参数流型

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入口效应对管内压力及含气率分布的影响研究

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1405-1410页

作者：于海洋徐强曹业奇黄博郭烈锦西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

本文在直径80mm,高度11m的竖直管内对空气-水两相流动开展了可视化实验研究。实验的工况选取为表观气相速度J_(G)=0.03~16.53m·s^(-1),液相速度J_(G)=0.04~2.00m·s^(-1)。根据压力、压差传感器获取的数据,本文分析了入口效应对两相流... 详细信息

本文在直径80mm,高度11m的竖直管内对空气-水两相流动开展了可视化实验研究。实验的工况选取为表观气相速度J_(G)=0.03~16.53m·s^(-1),液相速度J_(G)=0.04~2.00m·s^(-1)。根据压力、压差传感器获取的数据,本文分析了入口效应对两相流动的影响。在泡状流动区域内,压力随气速的增加而下降的趋势较缓,在弹状流内下降趋势加快。在流动转变为搅动流时,压力下降趋势再次减缓。随着液速增加,各位置的压力下降由缓到急的趋势所对应的气速逐渐增大。在气速大于10m·s^(-1)时,发生了靠近入口位置的含气率突然增大的现象。随着液速增加,入口处含气率突增现象对应的气速逐渐降低。

关键词：入口效应含气率压力分布

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蒸汽射流直接接触凝结的界面及声压特性

西安交通大学学报 2024年第9期58卷 30-37页

作者：徐强洪奥越李翔宇蒋帅之郭烈锦西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

蒸汽射流在液体中的直接接触凝结引发的剧烈界面振荡及声压振荡,可能导致工业管道系统振动甚至失效,采用高速摄像机与高频水听器,捕捉了射流的界面演化行为及其诱导的声压。研究了3种典型凝结流型下射流界面的径向、轴向振荡与声压振荡... 详细信息

蒸汽射流在液体中的直接接触凝结引发的剧烈界面振荡及声压振荡,可能导致工业管道系统振动甚至失效,采用高速摄像机与高频水听器,捕捉了射流的界面演化行为及其诱导的声压。研究了3种典型凝结流型下射流界面的径向、轴向振荡与声压振荡特性,并阐明声压振荡产生机理。研究发现:声压波动的概率密度函数在间歇流型下呈左偏单峰分布,在界面振荡流型下呈双峰分布,而在稳定流型下呈对称单峰分布;随蒸汽质量流速升高,无量纲径向、轴向界面振荡强度及声压振荡强度整体呈下降趋势,表现出极强的相关性。建立了基于声压参数的射流喷射长度预测模型,预测值与实验值的误差在±1%内。概率密度及相关性分析结果表明,蒸汽射流凝结的声压振荡是由其界面振荡引起的。

关键词：蒸汽射流直接接触凝结界面振荡射流喷射长度

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超临界水甲烷制氢的分子动力学研究

西安交通大学学报 2024年第5期58卷 143-155页

作者：周淑梅赵浩黄佐华张英佳西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

煤-超临界水气化过程中重要中间产物挥发分的反应机理尚未明晰,采用反应分子动力学方法对重要挥发分组分甲烷(CH_(4))在超临界水氛围的反应机理及制氢机制进行了探究。系统比较了反应模拟时间和燃料分子规模对目标反应体系关键组分数时... 详细信息

煤-超临界水气化过程中重要中间产物挥发分的反应机理尚未明晰,采用反应分子动力学方法对重要挥发分组分甲烷(CH_(4))在超临界水氛围的反应机理及制氢机制进行了探究。系统比较了反应模拟时间和燃料分子规模对目标反应体系关键组分数时程和重要反应通道占比的影响,量化分析了反应温度、反应压力、CH_(4)质量分数对超临界水相反应中CH_(4)消耗路径和H_(2)生成反应的影响规律。仿真结果表明,CH_(4)在超临界水中氧化可转化为H_(2)、CO及少量C基中间体,H_(2)O+—H→-OH+H_(2)是贡献H_(2)生成的主导反应,反应过程中—OH自由基和—H原子的相对数量显著影响H_(2)产量。降低反应温度和压力对CH_(4)主要氧化路径影响较小,但H_(2)净产量增加;降低CH_(4)质量分数,H_(2)净产量先增加后减少,存在“最佳质量分数”。研究结果可为优化煤-超临界水气化过程中挥发分组分高效制氢方案提供参考。

关键词：分子动力学超临界水挥发分组分甲烷制氢机制

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壁面冷却空气对贫油吹熄特性影响的激光诊断研究

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西安交通大学学报 2024年第4期58卷 64-74页

作者：王金石苏守国苏利民蔡骁王金华黄佐华西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

针对燃烧室中冷却壁面的冷却气膜会影响燃烧室内的流场、改变回流区结构,从而影响贫油吹熄特性这一问题,在一带有气膜冷却的旋流燃烧室上开展了不同壁面空气占比下的贫油吹熄极限测量。结果表明:壁面冷却空气占比达到0.2时,不同燃油流量... 详细信息

针对燃烧室中冷却壁面的冷却气膜会影响燃烧室内的流场、改变回流区结构,从而影响贫油吹熄特性这一问题,在一带有气膜冷却的旋流燃烧室上开展了不同壁面空气占比下的贫油吹熄极限测量。结果表明:壁面冷却空气占比达到0.2时,不同燃油流量下,以全局空气流量计算,燃烧室吹熄当量比降低的范围在0.09~0.1之间;以主流空气计算,吹熄当量比降低范围在0.01~0.028之间。为了更加深入研究这一规律的原因,开展了平面激光诱导荧光(PLIF)激光诊断测量,可知引入壁面冷却空气后,OH基更集中分布在靠近燃烧室底部的火焰根部。在稳定火焰工况中,与近吹熄火焰相比,在燃烧室底部附近的火焰中央有大量OH基分布,这将有助于火焰的稳定,并拓宽贫油吹熄极限。米氏散射实验结果表明,引入壁面冷却空气后可使燃油液滴更集中分布在燃烧室底部附近,这将导致根部火焰局部当量比提高,易于形成稳定的火焰。结合所得实验结果,在所使用的旋流模型燃烧室内,加入占比为0.2的壁面冷却空气,可以拓宽燃烧室的贫油吹熄极限,有助于火焰的稳定。研究结果有望对带有冷却气膜的燃烧室的燃烧稳定性调控问题提供一定的理论指导。

关键词：壁面冷却空气贫油吹熄旋流喷雾燃烧平面激光诱导荧光

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氨气掺混乙烯层流燃烧速度测量及动力学分析

工程热物理学报 2024年第2期45卷 558-568页

作者：刘博文郭晓阳胡二江殷阁媛黄佐华西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

本文利用定容燃烧弹测量了不同掺混比(0-1)下NH_(3)/C_(2)H_(4)/air火焰的层流燃烧速度。对NH3/air、C_(2)H_(4)/air层流燃烧速度进行验证,并利用Konnov Mech(2021)及GRI 3.0模型对NH_(3)/C_(2)H_(4)/air火焰层流燃烧速度进行数值计算和动力学分析,其中Konnov机理表现出不错的性能。结果表明,C2H4的添加提高了层流燃烧速度,同时,NH_(3)和C_(2)H_(4)掺混,拓展了反应路径,通过一系列组分NO、CH_(3)等来交互加快反应。最后,通过分析活性自由基H、O、OH的浓度,探究了不同机理在预测层流燃烧速度产生差异的原因。

关键词：氨气乙烯层流燃烧速度化学反应动力学

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黏土矿物对超临界水中稠油改质的影响

工程热物理学报 2024年第2期45卷 465-470页

作者：郑利晨赵秋阳金辉董宇巴尔成·巴瓦阿王晔春郭烈锦西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

本研究对稠油在超临界水环境中的提质过程以及常见黏土矿物(包括蒙脱石、高岭土、伊利石和绿泥石)对提质过程的影响规律进行了探究。研究主要包括了黏土矿物对稠油提质过程的主要产物(气、油、焦)的产量和成分组成的影响规律,揭示了四... 详细信息

本研究对稠油在超临界水环境中的提质过程以及常见黏土矿物(包括蒙脱石、高岭土、伊利石和绿泥石)对提质过程的影响规律进行了探究。研究主要包括了黏土矿物对稠油提质过程的主要产物(气、油、焦)的产量和成分组成的影响规律,揭示了四种常见黏土矿物对稠油超临界水改质过程产物的影响规律,并分析了其影响机制。研究发现,绿泥石和蒙脱石对稠油改质过程的产量方面产生了正向的催化效果,能够在抑制结焦的同时使产油产气量提升或保持原有水平.而伊利石和高岭石则展现出了双向催化效果,即同时促进了油向气和焦的转化。在气体组分方面,蒙脱石的存在提高了气体产量的同时增加了气体产物中二氧化碳的比例,而伊利石、绿泥石和高岭石的催化作用为提高气体产率而不能改变气体成分组成。在产油方面,绿泥石的存在使油的产量上升,而其余三种黏土矿物的存在使油的产量出现不同程度的下降。在产油组分方面,黏土矿物能够催化稠油中的重质组分裂解为轻质组分。在结焦方面,黏土矿物对焦的产量和特性有明显的影响。蒙脱石和绿泥使结焦量出现明显下降。并且,黏土矿物均能够使焦的DTG峰值温度出现明显下降,从而使焦具有更好的氧化活性。

关键词：黏土矿物超临界水稠油改质

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安全壳内放射性气溶胶输运特性模拟研究

核动力工程 2024年第2期45卷 88-95页

作者：田家铭王跃社李彪邹琳西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

为探明实际安全壳尺寸下严重事故中放射性气溶胶的输运特征,利用计算流体动力学和颗粒群平衡方程耦合,模拟了严重事故中放射性气溶胶在安全壳内的空间分布规律,并重点定量分析了不同聚并机制和沉积机制对于气溶胶输运过程的影响。结果表... 详细信息

为探明实际安全壳尺寸下严重事故中放射性气溶胶的输运特征,利用计算流体动力学和颗粒群平衡方程耦合,模拟了严重事故中放射性气溶胶在安全壳内的空间分布规律,并重点定量分析了不同聚并机制和沉积机制对于气溶胶输运过程的影响。结果表明,粒径小于0.1μm的气溶胶颗粒的相互作用主要受布朗聚并影响,粒径大于10μm的主要受湍流惯性聚并影响,粒径介于两者之间的受布朗聚并和湍流聚并(湍流惯性聚并和湍流剪切聚并)共同影响。对于沉积现象,粒径小于0.1μm的气溶胶主要受布朗扩散沉积影响,粒径大于0.1μm的主要受重力沉积影响。湍流聚并的平均聚并速度是布朗聚并速度的2.99倍,布朗扩散沉积的平均沉积速率是重力沉积的1.38倍。本研究为实际安全壳尺寸下放射性气溶胶去除技术的选取提供了解决思路。

关键词：安全壳气溶胶颗粒群平衡聚并沉积输运性质

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甲烷掺混氢气长直管道压力振荡特性研究

工程热物理学报 2024年第3期45卷 908-914页

作者：吕森林李加兴胡二江黄佐华西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

本文研究了CH_(4)-H_(2)/空气的燃烧和压力振荡特性,在长直管道燃烧平台测量了初始压力为0.15、0.1 MPa,初始温度为298 K,掺氢比范围为0~100%,当量比范围为0.8~1.5,以及管道长径比为1.43、1.86、2.29的火焰发展图像和压力振荡数据。点... 详细信息

本文研究了CH_(4)-H_(2)/空气的燃烧和压力振荡特性,在长直管道燃烧平台测量了初始压力为0.15、0.1 MPa,初始温度为298 K,掺氢比范围为0~100%,当量比范围为0.8~1.5,以及管道长径比为1.43、1.86、2.29的火焰发展图像和压力振荡数据。点火形式有单点和双点。结果表明,指形火焰阶段是强压缩波形成的重要阶段,火焰加速时间和传播速度均是影响压缩波强度的因素。随着掺氢比增加,压力振荡强度整体趋势上升,主频分布在3080 Hz~3470 Hz。双点火条件下,各长径比下的压力峰值、升高率以及振荡强度均高于单点火,振荡的主频分布规律与单点火相同。

关键词：甲烷氢气压力振荡振荡强度火焰自加速