针对高强化柴油机气缸盖排气门鼻梁区严重的热负荷问题,提出在该区域冷却水腔中建立特殊的结构表面以强化其传热的能力,并建立8种不同的特殊结构表面.采用欧拉多相流以及壁面沸腾换热模型分别对8个不同结构表面的鼻梁区简化流道进行流动传热仿真分析,并设计了流动沸腾试验平台,验证仿真计算的可靠性.在此基础上,研究各种结构表面对表面流动的扰乱程度以及对传热系数的影响,最后进行各结构表面传热能力的综合评价.结果表明:特殊的表面结构对表面湍流强度以及传热系数有不同程度的影响,其中柱体结构表面与两种槽肋结构表面对湍流强度的提升都达4.9倍以上,叉排式柱体结构表面与垂直流向的槽肋结构表面的提升传热系数分别提升了65.9%和57.4%;并且在传热能力的综合评价得到上述3种结构对火力面最高温度降低均达23℃以上.

从对电容传感器的有限元(FEM)分析及仿真入手,提出了求解油、水、气三相流相浓度的插值计算方法,并实现了三相流的定量测量.该方法所需测量参数少,便于实时、在线、连续和非侵入地检测石油多相流中各组分的含量.

首先回顾了自上世纪60年代以来国内外相关流量测量技术的发展历程,总结了相关流量测量理论、传感器设计、相关器设计、流速测量模型等方面的主要研究成果,介绍了基于运动波理论的多相流相关流量测量技术新近研究进展,最后论述了相关流量测量技术的未来发展方向.

对涡轮流量传感器进行了理论分析,给出了涡轮流量计仪表常数的计算方法,讨论了获得较大固有仪表常数K0时涡轮传感器结构参数(如叶片数、涡轮半径、口径等)的优化组合问题,通过多相流动实验,总结出K0与流动密度之间的实验关系,由此给出用涡轮流量计测量多相流的半理论半经验公式,并在油井多相流量测量中得到了实际应用,符合较好.

为分析混合式油气混输泵内部流动情况、探索混合式叶轮结构对混输泵性能的影响,该文基于Pro/E及Fluent等软件,对混合式油气混输泵建立全三维流场。并采用Mixture多相流模型、Standard k-epsilon湍流模型以及基于Pressure-Velocity耦合计算的Simple C算法。以理想状态的水和空气作为多相介质,通过改变含气率(GVF)等工况,分析了混合式油气混输泵的内部流动情况,以及不同外径的混流式叶轮对油气混输泵外特性的影响。结果表明:混合式油气混输泵相较于原型泵的扬程和效率得到提高,混流式叶轮内的气液分布较为均匀,随着混流式叶轮外径的增大,扬程提高越明显;在相同混流式叶轮外径下,随含气率提高,扬程逐渐下降,叶轮出口边出现气液分离,但流道内湍动能基本不发生变化。

建立了角座阀内气-液两相流动的数学模型,对不同含气率下的流场进行数值分析。计算获得了阀内的速度、相分率和湍流强度等流体动力学参数,并分析了阀内旋涡形成机理和介质流动稳定性。结果表明:流场中的旋涡结构和数量主要取决于流道结构和流动稳定性。由于旋涡区流速较低,气相介质易停滞在旋涡区域,产生聚集现象。含气率的增加会提高阀内介质的湍流强度,进而增加流动不稳定性。阀内湍流强度最高的区域集中在阀芯底部,阀芯在湍动能和所受弹簧力的相互作用下,易产生振动。在含气率为1%~6%的区间内,含气率对阀门流通能力的影响较为有限。

针对开展海洋装备腐蚀等多种磨损综合效应研究的需要，设计一种基于多相流的综合磨损实验台，并研究该实验台的数据采集系统，系统由上位计算机系统、单片机测控系统、电化学腐蚀测试系统、RS232总线和传感器系统组成，实现了实验数据自动采集及处理、参数的特性曲线绘制等功能。通过对Q235、45^#钢、304不锈钢等试件开展综合磨损实验，对设备的6种主要状态参数进行实时测量。结果表明：所研究的数据采集系统能方便地调节实验参数并能实时采集保存数据，直观显示并监测实验状态，发生故障及时报警，有效地提高了综合磨损实验台数据采集的实时性、准确性和可靠性．为类似实验系统的状态参数监测提供了一种新的手段。

为研究血泵内部血细胞分布规律及溶血预测方法，以自制轴流血泵为例，应用多相流分析方法，采用多重参考坐标系法（MRF）等技术建立数值分析模型，并通过体外循环实验验证模型的有效性。进一步分析血泵内部血细胞浓度、速度、压力等的分布规律，得到血细胞破坏区域和一般规律。根据优化的溶血模型对血泵的溶血性能进行评估，在此基础上提出溶血实验指标标准溶血指标（NIH）与溶血预测值之间的转换关系。研究结果表明血细胞在血泵内部不是均匀分布，叶轮处有明显分离现象;血泵内部剪切应力在200Pa以下的区域的体积分数约为98.6%，高剪切应力主要位于叶轮顶部和外壳的间隙处;在剪切应力为常数时，优化的溶血预测模型和Giersiepen实验得到的溶血模型相符合;采用优化模型计算得到血泵平均溶血预测值0.0057，具有较好的溶血性能。

本文着眼于采用蒸发式凝汽器代替传统发电系统凝汽器和冷却塔,以总传热系数αtot最大为目标函数,以总换热量和空气侧压降作为约束条件,以板间距Sa、高度H和长度L为优化变量对其进行了结构优化,编写了板壳蒸发式冷凝器的结构优化程序。优化结果表明,蒸发式凝汽器板间距的选择11～22.5mm,换热板高度0.7～1.6m,长度选择大于7m是合适的;本文优化结果为在L=8m,Sa=22mm,H=0.8m时总传热系数最大为578.3 W/（m^2·℃）;在总传热量一定的情况下,在影响板壳蒸发式凝汽器总传热系数的三个结构变量当中,敏感系数由大到小依次为L〉H〉Sa。

针对煤液化中液一固两相流输送过程造成管道系统的冲蚀磨损失效问题，以90°圆形截面弯管结构为研究对象，采用标准κ-ε湍流模型、颗粒轨道模型和冲蚀磨损模型，对弯管内的流动特性和壁面磨损率进行数值计算。研究表明，靠近弯管背部的流场速度高于腹部，粒子向背部聚集，导致背部的冲蚀磨损较其它部位更为严重。因此，实际管道系统中的弯管背部应为定点测厚重点监测区域。