非圆截面小通道两相流时频域非线性耦合动力学特性研究

With the development of modern science and technology, the improvement of manufacturing process and the need of practical engineering, the research on the two-phase flow of small channels has become more important. In view of the existing literature about gas-liquid two-phase flow of non-circular cross-section small channel, there are some problems as follow: the research results being deviated from each other and the lack of related dynamics research. This project intends to carry out the targeted research on the gas-liquid two-phase flow which is in the horizontal and vertical rectangle, square and triangular cross-section small channels. A combination of theoretical and experimental, laboratory-based research methods is used on formulating flow pattern transition boundary and analyzing the dynamics mechanism of corresponding flow pattern and their transformation process. We intend to solve the following key problems by doing research on this project: (1) by constructing flow pattern transition model to solve the problem of the weight coefficients which can reflect the impact of multiple parameters in the transformation process of small channels;(2) the high order moments time- frequency model of two-phase flow pressure drop fluctuation signal will be built which can reveal the inherent nonlinear quadratic phase coupling properties;(3) by using a combination of phase space reconstruction and sub-band wavelet analysis method to solve the problem that small channels contain small amount of information. And the transformation mechanism such as bubble coalescence and crush will be evolved deeply from this method. The successful implementation of this project will enrich the multi-phase flow theory of small channel and fill up the theory of small channel dynamics blank.

随着科技的发展，制造工艺水平的提高以及实际工程的需要，小通道两相流的研究变得愈加重要。针对现有非圆截面小通道两相流型研究成果差异较大，尤其是没有相应动力学特性研究等问题，本项目拟对水平与垂直的矩形、正方形以及三角形截面小通道氮气-水两相流开展针对性研究，采用理论与实验相结合、以实验为主的研究方法来制定流型的转变界限并分析相应流型及转变过程的动力学机理。通过本项目的研究预期解决如下关键问题：（1）通过流型转变模型的构建解决小通道内多参数对转变影响的权重系数求解问题；（2）通过对两相流压降信号建立高阶矩时频模型，解决小通道两相流内在非线性二次相位耦合特性分析问题；（3）通过采用相空间重构系统原动力模型，结合分频段小波分析方法，解决小通道信号蕴含信息量较弱等问题，并深入演化出流型转变过程中气泡聚并与击碎等动力机制。本项目的成功实施将丰富小通道多相流理论，同时填补小通道两相流动力学特性研究的空白。

随着现代科学技术的发展，制造工艺水平的提高以及实际工程的需要，多相流学科开辟了微、小尺度研究的新领域。在紧凑换热器的设计中，非圆截面小通道换热器管束在体积方面的优势相对传统的圆管管束来说已变得越来越明显，并越来越多地应用到航空航天以及微电子计算机等其他领域。与常规通道相比，小尺度通道的尺寸减小2～3数量级，在小通道内的气液两相流动和传热传质特性除了受粘性力等因素影响外，往往还强烈地依赖于表面张力和润湿性的影响，使其两相流动特性表现出与常规通道尺度下的流动特性有很大区别。流型作为两相流诸多参数中重要的一个，不仅影响混合流体的流动特性和传热性能，而且是两相流控制与预测系统的重要参数。因此，准确识别两相流流型并理解其内在流动特性对两相流工业系统优化设计及工况动态监测具有重要实际意义。.本项目对水平与垂直的矩形截面小通道氮气-水两相流开展研究，采用理论与实验相结合、以实验为主的研究方法来制定流型的转变界限并分析相应流型及转变过程的动力学机理。项目研究内容包括三个方面：普适性强的规范的小通道两相流型转变界限制定；小通道两相流典型流型时变高阶谱模型的非线性耦合动力学特性研究；基于相空间重构、数据缩减与分频段小波能量谱的小通道两相流型转变过程非线性动力学特性研究。通过本项目的实施，得到了以下重要结果：（1）通过流型转变模型的构建解决小通道内多参数对转变影响的权重系数定量分析问题；（2）通过对两相流压降信号建立高阶矩时频模型，解决小通道两相流内在非线性二次相位耦合特性分析问题；（3）通过采用相空间重构系统原动力模型，结合分频段小波分析方法，解决小通道信号蕴含信息量较弱等问题，并深入演化出流型转变过程中气泡聚并与击碎等动力机制。本项目的成功实施丰富了小通道多相流理论，同时填补小通道两相流动力学特性研究的空白，所提出的非线性动力学分析方法为相关非线性动力学机理分析领域提供技术参考。