内插自旋直齿扭带换热管压降及流场数值模拟

为了直观地描述内插自旋直齿扭带管内压降及流场的特性,建立了以水为介质的内插自旋直齿扭带换热管内流场的计算模型,采用RNGk~ε湍流模型对管内压降及流场的特性进行数值模拟研究。计算结果表明,扭带管的压降Δp与流体的流速u成抛物线关系,压降随着流速的增大而增大,并且大于空管的压降;扭带管的流体呈有规律的三维螺旋状流动,且存在二次流,扭带的直齿结构增强了流体的湍流程度;在近管壁区域,扭带管的流体轴向速度比空管平均提高幅度在33.05%~35.17%。     

管内气体侧扭带阻力特性及强化传热特性

利用Pro/e软件建模得到扭带模型,采用Fluent软件对换热管内的流场进行模拟,研究了扭率(Y)分别为12.0,8.5,5.0的扭带在管内的阻力特性和强化传热特性。实验结果表明,选择网格数为8.13×106的扭带模型较适宜。插入扭带管的管内压降大于光管的管内压降,随雷诺数(Re)的增大,管内压降增大,且Y越小管内压降越大。插入扭带后,随Y的减小,达西摩擦因子(λ)不断增大。Y越小,管内流体的二次流流速越大,温度场与速度场协同的程度更好,换热效果得到强化。所建立的拟合曲线λ=3.328Re-0.286Y-0.394和Nu=0.115 4Re0.707 7Pr0.333Y-0.078 75(Nu为努赛尔数,Pr为普朗特数)拟合度高,利用λ,Nu,Re,Y关联式可进行扭带选型。     

旋流快分系统（VQS）环形空间内气相流场的研究

采用激光多普勒测速仪（LDV）对旋流快分系统（VQS）内环形空间的气相流场进行研究。结果表明，VQS系统内环形空间的气相流场具有双涡特性，内外涡的分界点处存在最大的切向速度。由于流体与双侧壁面之间的摩擦造成能量损失和湍流能量耗散，导致最大切向速度不断衰减且位置沿轴向向下逐渐向提升管外壁移动，同时涡量传递造成外部的准自由涡区逐渐增大，内部的准强制涡区逐渐缩小。轴向速度沿径向呈明显的线性分布，下行轴向速度沿提升管外壁向封闭罩内壁的径向方向逐渐增大。轴向速度的径向梯度沿轴向向下逐渐变小，轴向速度分布也逐渐趋于水平直线状。整个环形空间内，切向、轴向相对湍流强度分布稳定，湍流脉动与扩散比较平缓，有利于气流稳定下行，避免纵向环流、涡旋死区的发生。     

高压压裂油套环空井压降计算

应用达西公式、伯努利方程等建立了数学模型,进行压降计算的数值模拟;编写了压降计算程序,实现软件编程模拟,并针对63.5mm(2英寸)油管和76.3mm(3英寸)油管进行压降分析。结果表明:随着管径的增大,流速增大,沿程水头损失与局部水头损失均显著增加,最终导致压降增大;此压降若超过运行条件允许的范围,会造成压裂施工停止、油井停产、管道停输等严重事故,影响正常生产,因此对流体在环空管道中的流动阻力以及压降进行准确的计算至关重要。     

乙烯裂解炉内传递和反应过程综合数值模拟Ⅱ.反应管内传递和反应过程的数值模拟

采用乙烯裂解炉传递反应过程综合数学模型中的反应管数学模型，对工业裂解炉反应管进行了系统的数值模拟，得到了反应管内流场、温度场和浓度场的详细信息，揭示了反应管内流动、传热、传质和裂解反应的基本特点。模拟结果表明，沿反应管轴向油气吸热升温，裂解反应加剧，产物产率逐渐发生变化；沿反应管径向存在明显的流体流速和温度的变化，而产物产率的变化不如流体流速和温度的变化明显。通过比较湍流粘度和分子粘度的大小，认为29．975～30mm的径向区域为层流层，层流层的存在使得临近管壁的区域内流体流速和温度变化显著。     

水平井简分层流型压降计算模型研究

井筒流动是一种沿井筒不断有流体流入的变质量流体流动，因此其压降计算有别于常规管流。在混合损失计算模型的基础上，应用动量守恒原理推导出了新的水平井筒气液两相分层流型压降计算模型。该模型较全面地考虑了井筒流动各方面的参数，将井筒压力损失划分为摩擦损失、加速损失、重力损失和混合损失等4部分，其中加速损失主要源于径向流入引起的加速损失，以及由于持液率的变化引起气、液流速变化而导致的加速损失。计算实例表明，水平井筒气液两相流动中的井筒压降均随着管壁入流量和轴向流量的增加而增大；入流角对井筒压降的影响主要表现为混合损失占井筒损失的比例随入流角的增加而增加；新的水平井筒压降模型与油藏渗流相耦合，可为水平井产能研究提供理论指导。     

连续管幂律流体流动及压降影响因素分析

幂律流体是石油工程领域应用非常广泛的非牛顿流体,为了研究其在连续管螺旋管段的复杂流动状况和压降变化,基于Fluent软件模拟了幂律流体在螺旋管内的流动,分析了管径、滚筒直径、入口速度、流体密度、流体稠度系数以及幂律指数对压降的影响,得到了截面上的压力和速度分布,总结出了螺旋管压降随各个参数的变化规律:在直管段截面压力和速度呈同心圆状规则分布,而在螺旋管截面压力和速度则向外凹陷;螺旋管的湍流核心区较直管段减小,说明曲率增大导致黏性力的作用范围变大;油管压降随入口速度、流体密度、稠度系数和幂律指数的增大而增大,其中幂律指数的影响比稠度系数大得多;压降随管径的增大而减小,滚筒对压降的影响可以忽略;当流速很高时,为了减小压力损失,保证平稳流动,应在保证所需井下压力的基础上选择管径稍大的油管。研究结果可为现场确定连续管和流体的相关参数提供理论指导。     

扭曲片管对常压加热炉管内压降的影响

利用计算流体力学软件Fluent,选择可实现k-ε湍流模型和多相流Mixture模型对常压加热炉辐射段的最后两根炉管和加装扭曲片管的炉管进行气液两相流的三维数值模拟计算,比较和研究了加装扭曲片管后炉管的速度场和压力场的变化,分析了扭曲片管构件对常压加热炉管内压降的影响。模拟研究结果表明,在常压加热炉中加装扭曲片管能起到强化传热的作用;在相同入口温度和恒定壁面温度的条件下,壁面总传热速率提高了13.3%,出口温度升高了0.3 K;在管内气液两相流的情况下,扭曲片管使管内压降增加47.53%,扭曲片管局部会形成较大压降。     

一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算新方法

针对匀速进气横掠管束的流动,采用Fluent软件和标准k-ε模型,建立二维网格进行了数值模拟。以绕流管束的沿程压降为流道流动压降的当量压降,分析了不同管束尺寸和不同流速下流动压降的变化规律,得到了绕流雷诺数及其特征尺寸随管束结构参数和流速的变化关系,据此提出了一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算的新方法。数值模拟结果表明,在绕流管束雷诺数及其特征尺寸计算中同时考虑管外径、管间距、排间距和管间流速的影响时,得到的绕流管束雷诺数及其特征尺寸能更真实地反映绕流管束结构尺寸和流速对流道或流场特征尺寸de的影响。     

2种材质自旋扭带的转动与压降特性

换热管内置的自旋扭带由薄金属片或塑料片制成,为探明这2种材质扭带的转动和压降特性,选用铝和聚丙烯2种材质的自旋扭带为研究对象,对比分析结构参数和流量对这2种材质扭带转动和压降特性的影响规律。分析结果表明:2种材质扭带转速和压降随流速增大而增大;扭带的宽度和扭率越小,转速越高;扭带的宽度越大且扭率越小,则压降越大;在相同宽度和扭率条件下,聚丙烯扭带的起转流速低于铝制扭带。在相同流速及结构参数一致的条件下,铝制扭带转速高于聚丙烯扭带,而压降反之。根据试验数据拟合出内置铝制或聚丙烯扭带后换热管的压降增量和阻力系数关联式,其预测值与试验值对比的平均绝对误差分别为2.1%和2.3%。研究结果可为工程中扭带的选型提供参考。     

不同结构循环旋风分离器流场的数值分析

采用CFD软件——Fluent6．2中的雷诺应力湍流模型,对具有不同几何结构的循环旋风分离器气相流场进行数值模拟,以考察循环旋风分离器的几何结构对其流场的影响。模拟结果表明,循环管可以减小不利于气、液相分离的轴向速度并降低压降,防液罩可以在不增加压力损失的情况下增强气、液相分离的主要动力——切向速度,循环旋风分离器存在一个最佳入口直径。     

纵横交错管传热及流阻性能研究

以水为工质,对纵横交错管和圆管在不同流速下的传热性能和压降进行模拟,获得了湍流状态下二者管内温度场和速度场的分布。通过对两种管型性能的比较研究,发现随着Re的增大,交错管管内传热系数比光管平均提高29.68%,压降也明显增大。     

天然气单流涡流管流场与温度场数值模拟

单流涡流管(SCVT)对传统涡流管(RHVT)的结构进行了改进,在天然气管道调压系统的在线加热方面具有较大的安全、节能优势。为了使SCVT技术能更好地适应天然气管道系统的工况调整和环境温度变化,基于前人关于RHVT的研究成果,建立了SCVT流场和温度场计算模型,采用ICEM和FLUENT软件分别对计算区域进行了结构化网格划分和三维数值模拟;进而根据环道实验数据对计算模型进行了验证分析,针对SCVT在典型工况下的切向运动、轴向运动、静压、静温、短路流等特性进行了数值模拟研究。研究结果表明:①流场由一系列沿热端管方向流量不断衰减的"短路流"构成;②流场结构存在着平行于管中心的能量分离界面,界面的轴向速度为0,静压不随轴向位置变化,界面两侧的内、外旋流的轴向速度相反;③在靠近喷嘴的前半段,径向方向的静压、静温、切向速度和轴向速度差异较大,能量分离效果显著;④静温在管壁处最高,并沿着热端管方向近似呈指数趋势升高,较大的热端管长径比增大了与被加热气体之间的换热面积,有利于提高SCVT的加热性能。结论认为,该研究成果可以为涡流管加热技术的推广应用提供技术支持。     

旋流扶正器作用下环空螺旋流场压降研究

在油气井固井注水泥顶替技术中，使用旋流扶正器不仅可提高套管居中度，还能改变环空流体流速剖面，使流体做螺旋运动，螺旋顶替方式有利于将环空窄间隙滞留泥浆和井壁附着虚滤饼驱替干净，从而提高固井质量。液体螺旋流动方式改变了轴向流场压降的分布规律，展开螺旋流场压降的研究对注水泥安全施工有着重要意义。文章在实验的基础上，推导出了环空螺旋流场压降的计算公式，实验结果表明：环空螺旋流场的压降呈非线性衰减，且在同等条件下大于一维轴向流场的压降值，注水泥施工设计时应对其予以足够重视。     

基于FLUENT对SWX型静态混合器的研究分析

通过Pro/E软件进行SWX型静态混合器结构和流体模型的三维建模,并基于ANSYS Workbench下的FLUENT模块进行研究分析,采用标准的κ-ε数学模型对在湍流状态下的静态混合器进行流场、速度场、压力场和传热特性的数值模拟,研究静态混合器内流体的流动特性和混合机理。结果表明:流体沿轴向流动时由于混合单元的存在,使得均为匀速的流体出现了速度的分化,流体的轴向最大流速约为径向流速的1.3倍、周向流速的1.7倍,说明流体受到混合单元的阻扰产生径向和周向运动,使流体不断进行分散、分割和重组等形式的变化,而流体经过第3、4个混合单元后基本达到稳定状态,流速区域的分割也相对稳定;另外,流体流量的高低以及混合单元组的数量直接影响到混合器内压降的大小;最后,通过对比分析证实了静态混合器具有较强的传热特性,为SWX型静态混合器的应用、设计、安装提供了参考依据。     

无折流板扭曲扁管热交换器传热与流阻特性试验研究

某无折流板热交换器的换热管采用扭曲扁管,其扭曲扁管截面短长轴比bi／ai=0．6,扭曲比S／de=13．22、扭矩S=230mm。以水为介质,对此无折流板热交换器管、壳程传热和流阻性能进行试验研究,并与光管热交换器进行比较。结果表明,随着雷诺数的增大,扭曲扁管管程传热系数比同型号光管提高32．18％,管程压降也迅速增加;壳程传热系数有所下降,压降也明显降低。     

多管式旋风分离器内气相流场数值模拟

应用数值模拟的方法研究了多管式旋风分离器内的气相流场,研究发现,单管压降是多管旋风分离器压降的主要部分,约占90％。在灰斗内单管排尘口以下轴向速度逐渐减小,在尘口以下200mm处轴向速度值几乎为0,气流不会夹带颗粒向上返混。在进气均匀的情况下,依然存在着窜流现象,窜流率约为10％。单管分离空间底部存在摆尾现象,排尘口下部区域内压力分布不均,是导致窜流现象发生的直接原因。     

水平井水平段压降的一个分析模型

根据水平井水平段流体的流动特征，建立了水平井筒压降的一个分析模型，Ｄｉｋｋｋｅｎ的压降模型是本模型的一个特例。在水平井筒内为单相紊流情况下，对其摩擦数进行了讨论；并用实例计算了水平段内单相紊流时的压降。由计算结果可知，在水平水平较长时，不能忽略其中的压力损失。