水平管蒸发器管外降膜流动数值分析

利用VOF模型研究水平管蒸发器管外气液两相的降膜流动,分析了喷淋密度、换热管外径及水温对管外液膜厚度分布的影响。模拟计算结果表明,周向角度为90°～170°时,液膜厚度分布更加均匀,且液膜厚度随着喷淋密度的增大而增加;换热管外径在?19～?51mm时,随着管外径的增大,液膜平均厚度显著减小,但换热管外径继续增大时,膜厚减小的幅度趋于平缓;随着水温的升高,管外液体流动加快,导致液膜厚度减小。     

水平管降膜蒸发器管外液膜铺展数值分析

运用FLUENT软件对水平管降膜蒸发器管外液膜的铺展过程进行数值模拟,分析了流量、管间距、管径及流体温度对水平管外液膜铺展的影响。模拟研究结果表明,液膜在水平管外分布不均匀,液膜铺展呈现波峰-平稳-波峰的周期性规律。在整个铺展区域内液膜厚度随流体体积流量的增大而增大,随流体温度的增大而减小;在叠加区内液膜厚度随着管间距的增大而增大;在平稳区域和冲击区域内液膜厚度随着管间距的增大而减小。周向角θ为45°时,液膜厚度在叠加区随管径的增大而增大;周向角θ为90°、135°时,液膜厚度在整个铺展区域内随管间距的增大而减小。     

考虑湿润比和横向对流的降膜吸收过程的数值模拟及分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器，考虑湿润比和横向对流作用，建立了描述水平管外表面的降膜流动吸收传热传质耦合过程的数学模型。采用涡量流函数法求解，得到了考虑横向对流和湿润比时的液膜内部参数分布。模拟计算及分析的结果表明，横向对流可以强化传热传质效果；湿润比降低则吸收性能变差；吸收器传热系数和换热量随溶液喷淋密度增大而增大，而传质系数和吸收速率则先增大后减小，存在最佳喷淋密度。     

竖管降膜结构变量对液膜流动特性的影响

液膜蒸发冷却过程是一个传热、传质相互耦合的复杂过程,为研究竖管降膜蒸发冷却器中竖管结构对降膜分布的影响,采用流体模拟软件对影响竖直管内气液两相逆流的环缝隙宽度、空气进口宽度和管长进行数值模拟,分析了液膜厚度、x方向分速度和努塞尔数的变化规律。研究结果表明,液膜的波峰与波谷分别对应着x方向分速度的波谷与波峰。在一定的喷淋量下,环缝隙宽度增大时,液膜分布先稳定后趋于波动;空气进口增大时,液膜的波动程度是增大的;就管长而言,液膜的波动程度是逐渐增大的,在管长大于等于0.7 m后,液膜无法完整润湿壁面,管壁出现干斑。这3个结构因素中,管长对液膜的传热性能和分布性影响最大。     

波纹管管内降膜流动与传热特性的研究

应用CFD软件模拟分析流体在竖波纹管和竖直圆管内的降膜流动情况,采用立式蒸发式冷凝器试验平台,在不同喷淋密度下,测量温度和流量等参数,计算波纹管管内各相间传热传质系数,并与相同参数(流速、温度)条件下圆管管内传热传质系数进行比较。模拟结果表明,在相同的喷淋密度下,波纹管竖管内水膜分布较圆管均匀;试验结果表明,随着喷淋密度在一定范围内增加,水膜传热系数、空气-水当量传热系数、总传热传质系数均增大,且波纹管的传热性能明显优于圆管。     

水平井固井一界面泥膜分布规律及其特性

套管外表面泥膜厚度及其分布规律是影响固井一界面胶结质量的一个重要因素,而对于不同井斜角下套管外表面的泥膜厚度分布规律及其对界面胶结强度的影响,则迄今尚未见到相关文献报道。为此,通过自主设计的实验装置测定了井斜角分别为0°、30°、60°、86°条件下模拟套管(钢管)外表面不同部位的泥膜厚度,进而分析总结了泥膜厚度在管外的分布规律及其对界面胶结强度的影响情况。研究结果表明:①当井斜角从0°增大到86°时,泥膜厚度从均匀分布递变为薄厚相间分布,泥膜偏薄区域和泥膜偏厚区域面积占比均变大,尤其是在井斜角为86°时,上表面泥膜厚度很大,并且钢管左、右表面有大片裸露区;②裸套管组的一界面胶结强度远大于带泥膜组界面胶结强度,并且随着井斜角的增大,带泥膜组界面胶结强度趋于增大;③随着井斜角的增大,界面胶结强度依次增大与钢管裸露区在其外表面实泥膜中的面积占比密切相关。结论认为,模拟套管外表面裸露区域面积的大小是影响其界面胶结强度的关键因素。     

基于图像处理技术的油水管流液膜厚度测量

对于输送高压和强腐蚀性介质的油水两相流管道,测量液膜厚度的方法是传感器测量技术,需假定介电常数与液膜厚度的线性关系,但经常会导致测量偏差,为了克服传感器测量技术方法的不足,采用图像处理技术。该技术是将采集的流动图像进行预处理,然后对预处理过的图像进行分割,量化管壁附近液膜厚度,在管的顶部和底部的高度紊流区检测水膜。实验采用高速摄影机,为了获得油水分散流在管壁附近流动的图像,设计和安装了管道的可视化部分,在管径D=26 mm,长度L=12 mm的丙烯酸透明水平管中使用矿物油(密度为828 kg/m~3,黏度为220 mPa·s)和自来水研究油水分散流动。利用预处理增强算法和综合分割算法,测量液膜厚度,将实验结果与模拟结果进行对比,从而获得正确的结论。     

温度对X65管线钢湿气CO2腐蚀的影响

利用高温高压冷凝反应釜模拟管道湿气腐蚀环境,研究了湿气温度、环境温度及冷凝液膜状态对X65管线钢湿气CO2腐蚀的影响.随着湿气温度的升高,CO2腐蚀速率增大.湿气温度、环境温度、温差、气体流速均会对冷凝液膜的厚度、冷凝速率、液膜的温度产生影响.当湿气温度和液膜温度均较低时,腐蚀受电化学活化控制而速率较低.当湿气温度较高时,腐蚀速率随液膜厚度、冷凝速率和液膜温度的增加而增大.但当湿气温度更高或液膜更厚时,致密腐蚀产物膜更易形成而使腐蚀速率下降.     

气—幂律两相流体流经截面突缩管的数值模拟

为揭示空气-幂律流体流经截面突变时的两相流动规律,尤其是两相参数沿流向及管截面分布及压降的变化规律,根据气液两相流理论,并考虑幂律流体的本构方程,建立了空气-幂律流体两相流动数学模型。在此基础上,采用商业软件Fluent对空气-幂律两相混合物流经截面突缩管道的流动特性进行了数值模拟,获得了两相参数沿轴向及截面方向的分布规律。研究表明:气相、液相速度及压降随着输入含气量的增大而增大;两相参数在截面突变附近有急剧的改变,但其突变位置却有所不同;另外,两相参数的截面分布沿流程也有所不同。这些研究结果对相关系统的设计提供了理论依据。     

内嵌SiC-He螺旋管热交换器的三氯化铝反应炉散热特性研究

为解决三氯化铝反应炉炉内高温及余热积累问题，提出一种新型内嵌式SiC-He螺旋管热交换器结构，利用Fluent软件在恒定热源下对换热管中流动换热进行数值模拟，采用正交试验和极差分析的方法研究管径、螺距及横向管间距等对管内流动换热特性和反应炉散热特性的影响。试验结果表明，管径对管内流动换热特性影响最大，螺距影响最小，随着横向管间距的增大，炉内温度分布由对称逐渐趋向均匀。最优参数组合为管径70 mm、螺距100 mm、横向管间距1 600 mm。     

循环气量对环流反应器内流动状况的影响

采用标准κ-ε方程模型和欧拉多相流模型，对一种气升式环流反应器内的气液两相流动进行了全尺寸的数值模拟研究，考察了循环气量对反应器内气含率和流速分布的影响，并将模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明，循环气量对反应器内气含率和环流液速分布的总体趋势影响不大，但对局部气含率和环流液速的大小有较大影响。在相同的循环气量下，随着轴向高度的增大，内环气含率逐渐均匀，外环空间的气含率增大，外环空间的环流液速变化不大。在相同高度的截面上，随着循环气量的增大，参与循环的气体量增多，该截面上局部气台率增高。在局部某一点上，局部环流液速也随着循环气量的增大而增大。计算结果与实验结果吻合较好。     

横摇工况下FLNG绕管式换热器降膜流动换热数值模拟研究

绕管式换热器作为浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)的主低温换热器,研究其在海况条件下换热性能的变化对提高FLNG在海洋环境运行时的综合性能具有重要意义。本文以绕管式换热器内换热管的管外降膜流动换热过程为研究对象,建立了圆管与椭圆截面正弦波管管外降膜流动换热模型,分析对比了水平静止和横摇工况下2种换热管的周向局部换热系数和平均换热系数。研究结果表明,在水平静止状态下,椭圆截面正弦波管的换热能力高于圆管。在横摇运动状态下,横摇最大倾斜角对椭圆截面正弦波管换热性能最恶劣时刻的周向局部换热系数影响较小,横摇周期对其几乎无影响;横摇时间、最大倾斜角和周期对圆管与椭圆截面正弦波管周向平均换热系数均无影响。对比分析表明,椭圆截面的抗晃荡能力稍逊于圆管,但晃荡工况下其换热性能仍高于圆管。本文研究结果对绕管式换热器的设计与性能优化具有一定参考价值。     

立体传质塔板CTST喷射性能实验研究

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。本文利用直径570mm的实验塔,采用高速摄像仪对CTST的喷射过程进行了研究,并基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明：喷射孔气速是影响喷射锥角的主要因素,随着喷射孔气速的增加喷射锥角逐渐增大,当喷射孔气速超过7.5 m/s左右时,喷射锥角较为恒定,其数值稳定在55°左右。随着气速的增加喷射孔处液膜速度显著增大,而液体流量增加时液膜速度稍有减小,越靠近喷射孔顶端液膜速度越大。喷射区域内液滴的分布密度接近于Rosin-Rammler分布,在喷射锥角[20o, 40o]范围内的液滴数量比较集中,随着气速和液体流量的增大,液滴分布密度逐渐趋于均匀。液滴群平均粒径随气速的增加而减小,随液量的增加略有增大。正常工作范围内的液滴群平均粒径范围为1.0~2.5 mm。     

结构参数对蜂窝夹套传热性能的影响

为研究工程应用中蜂窝夹套的传热性能问题,采用FLUENT 17.0软件对短管分别按三角形和正方形排列的短管蜂窝夹套以及整体夹套内的流场进行模拟分析,研究不同截面处速度和温度分布情况,比较整体夹套与蜂窝夹套的传热性能,探究不同短管间距s和短管长径比l/d对传热性能的影响。结果表明,三角形排列的短管蜂窝夹套传热效果更好;随短管间距s不断减小,短管长径比l/d不断增大,扰流效果更好且流动死角区域减少,整体温度分布趋于均匀化;在相同条件下,可通过增加短管长度提高传热效果,对工程设计具有一定的指导意义。     

DJ型塔板上液体流动分布特性的研究

以空气-水为物系,采用热水示踪技术和计算机温度测量系统测试了设置有导流板的D J型塔板上的液体等停留时间分布,研究了导流板对液体流动的作用。讨论了喷淋密度、气相动能因子和导流板方位等因素对液体等停留时间分布的影响。实验结果表明,喷淋密度增加,液体停留时间由5.0s降为4.5s;气相动能因子增大,液体停留时间由5.5s降为4.5s;喷淋密度和气相动能因子同时增加,液体停留时间由6.0s降为4.5s,液体等停留时间分布曲线趋于与出口堰平行。导流板对液体流动有导向作用,可改善液体的流动状态,导流板的较佳方位是d-0(+)。     

结构参数对压力自适应型机械密封性能的影响分析

采用计算流体力学软件FLUENT和有限元分析软件ANSYS,分别对密封间隙中的液膜流场和密封环进行数值模拟计算分析,并将计算得到的液膜流场状态和密封环变形结果进行流固偶合求解,最终得到15.9 MPa高压工况下流场的压力分布,并采用单一变量法分析了密封结构参数对密封性能的影响。结果表明:随着液膜厚度的增加,开启力减小,泄漏量增大;端面厚度越薄、开槽数量越多,密封环端面的流体动压效应越明显;而随着内壁厚度的增加,开启力、泄漏量都会减小。     

基于Fluent的管道内水合物浆液流动特性数值模拟

利用ANSYS Fluent 14.0对R11水合物浆液在弯曲管道中的流动情况进行了模拟,考察了水合物颗粒密度和颗粒平均粒径对管路压降梯度和水合物颗粒体积分数分布的影响。结果显示,水合物浆液的压降梯度和颗粒平均尺寸均随着水合物密度的增加而增大,但水合物颗粒粒径的增加使得压降梯度降低。此外,增大水合物颗粒密度和平均粒径均促进了水合物向管壁聚集,出现了较大的体积分数分布梯度。水合物颗粒沉积特性表明,对于体积分数为14%的水合物浆液,当流体速率小于0.40 m/s时,水合物颗粒会沉积在管壁上,引起管道堵塞;当流速为0.10 m/s时,水合物颗粒沉积床层厚度可达14 mm,随着流速的增加,床层高度减小。     

蒸发式冷凝器管外水膜分布

对国内外蒸发式冷凝器研究进展进行了综述,并主要从管外水膜的影响方面就性能改进提出了分析,进行了可视化研究。研究结果表明,扭曲管和管外亲水处理都能获得较好的水膜分布,而且还可以达到减小水膜热阻和提高蒸发式冷凝器传热性能的目的。     

入口管下倾角度对旋流分离器内部流场的影响

入口结构的设计对旋流分离器内部流场以及其分离效率具有重要的影响,而入口管的下倾角度就是其中一个重要的影响因素。柱状旋流分离器的切向速度呈Rankine涡特征,由靠近壁面的准自由涡和轴心位置的准强制涡组成。入口管的下倾造成分离器等高度截面上最大切向速度值的减小,同时增加了分离器内部流场的不均匀性：切向速度最低点位置沿轴向发生摆动,不同下倾角度摆动的方向和幅度不同;涡核边界往入口管的对面方向发生了摆动,摆动幅度随下倾角度的增加而增大。入口管的下倾使分离器内部压力分布的对称性变差,压力分布的扭曲程度随下倾角度的增加而增大。     

T形多分支管结构参数对气液分离特性的影响

T形多分支管作为新型气液分离构件,具有紧凑、稳定、经济等优点。采用混合k-ε湍流模型与欧拉多相流模型对T形多分支管中的气液两相流动进行了模拟分析,考察了其结构参数的变化对分离性能的影响。结果表明,结构一定的T形多分支管,确定的进出口边界条件决定了唯一的水力平衡系统,流体所具有的能量在管路中自由分配直至达到平衡,分流促进了气液两相的分离。分支管间距增大,能使气液两相分离效率得到显著提高,但增幅逐渐降低;分支管高度、管径增大时,分离效率均呈现先增大后减小的趋势;分支管结构参数的变化促使流体流动方向发生改变,进而影响分离效率。