水平管降膜蒸发器管束结构优化数值模拟

摘要本文采用数值模拟方法,通过观察不同条件下液膜流动状态以及计算相应状况下的液膜厚度,研究水平管降膜蒸发器管外液体流动的影响因素并对管束结构进行优化.计算结果表明:旋转三角形管束布置有利于在传热管上形成稳定的液膜,而三角形管束布置有利于传热管上液体的混合;管间距和液体的初始流速对降膜蒸发器管外液体流动有重要影响,随着管间距的增大以及液体初始流速的减小,管束中呈现柱状流的管排范围减小.     

摇摆条件下窄通道内单相水流态转捩特性

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇摆条件下当Re小于2 400时,流态显示为稳定的层流,Re大于3 500时,流态为湍流,摇摆对稳定的层流区和湍流区流态没有影响;Re为2400～3 500之间时流动处于过渡区,摇摆对其流态转变有一定影响.在临界点附近摇摆振幅越大,流态转捩越容易发生;摇摆周期对流态转捩影响很小.摇摆运动改变系统重位压降及产生附加压降,从而对流态转捩的影响不可忽视.     

水平管外高黏流体降膜流动形态及液膜分布规律的数值模拟

降膜元件上的流体流动行为能够反映该降膜式脱挥器的主要性能。采用数值模拟方法探究在水平管结构的降膜元件上高黏流体降膜流动的微观机理,在实验验证模型可靠性的基础上,考察不同流量下3层水平管外的高黏流体降膜流动形态及液膜厚度、速度变化规律等。结果表明：高黏流体在水平管外的降膜流动形态主要受重力和黏性力的影响,柱状流不易发展成完全的帘状流;高黏流体在水平管上部受到壁面支持力影响,而在水平管下部受到黏性力影响,流体会堆积在周向角0°～30°和150°～180°这两个区间内,导致液膜厚度异常增大;进液的3股流体在发生碰撞后,中间股液膜速度提高较多,但液膜厚度增加较少;流量减小至10.8 kg/h时,水平管外高黏流体会发生液膜收缩且内部出现空腔的现象,不利于高黏流体成膜流动。该研究可为水平管降膜式脱挥器的开发及工况设置提供参考。     

水平管降膜厚度的电导探针测量方法

为测量水平管降膜分布参数,从而揭示降膜的流动特性,根据气液两相介质的电导特性,设计出一种测量水平管降膜厚度的电导探针系统,利用该系统进行了水平管周向不同位置液膜厚度分布规律的实验研究.结果表明,水平管降膜厚度的电导探针测量方法不仅切实可行,而且还能实现大角度范围测量,可扩展应用于垂直结构外部气液两相流动参数的分布测定.此外,管外液膜厚度随管间距的增加而减小,而且液膜波动加剧.与实验数据对比,发现Nusselt公式可以用来预测圆管上半周的液膜厚度,但下半周的数值明显偏大.在不同工况下,最薄的液膜并不是出现在β=90°的单点处,而是在β=90°~115°的区域内.     

降膜蒸发器传热传质与流动过程数值模拟

随着计算机技术的发展,计算流体力学成为深入研究流动传热传质过程的重要方法。文章基于流体动力学基本原理和VOF多相流模型,建立了水平管外降膜流动与相变传热传质过程数学模型,针对降膜蒸发复杂的相变过程,通过用户自定义函数UDF,将编制的计算程序嵌入FLUENT软件相应模块,对降膜蒸发过程进行了模拟研究,阐明了管外液膜、速度、温度分布及其局部传热传质特性沿圆周方向的变化规律。结果表明:在X=0.5~0.8时,液膜厚度较薄,有利于过程传热,圆管底部与顶部局部传热系数较大,并在管顶部出现传热系数最大值;相界面过余温度沿周向距离的增大而增加,圆管下方具有最大的相界面换热温差和最高的蒸发速率;此数值模拟方法和传热传质模型可以较为合理地进行水平管外降膜蒸发过程的理论分析。     

水平管束降膜蒸发中CO2解吸的微观特性

水平管降膜蒸发中释放的不凝气严重降低了管内冷凝传热速率,会使海水淡化的能耗成本显著增加,因此研究水平管束降膜蒸发中CO₂解吸的微观过程具有重要意义。文章建立了耦合水平管束降膜蒸发传热和CO₂解吸的理论模型,计算得到CO₂解吸单元体、碳酸盐组分浓度,分析了CO₂解吸量的微观特性。结果表明：传热系数的模拟值与实验值吻合良好;化学反应时间沿竖直管排方向减小且其速率逐渐降低,而沿水平管长方向随竖直管排节点数的增加而变长;主导CO₂解吸速率的HCO₃^-和CO₃^2-在微元内的浓度显著高于CO₂和H⁺浓度;单位面积的蒸发速率和每吨海水CO₂解吸量沿竖直管排、水平管长方向均减少。     

三角形布管方式下两种换热器传热与流阻性能研究

采用CFD数值模拟方法和折流板换热器、帘式折流片换热器周期性全截面计算模型,对两种换热器在正三角形布管方式下的传热系数、阻力、综合性能随Re数的变化情况进行了数值研究.研究结果表明,两种换热器对应的换热系数和壳程压力损失均随Re数的增加而增大,折流板换热器的传热系数大于帘式折流片换热器,约是帘式折流片的1.32倍,但其阻力大幅高于帘式折流片换热器,是帘式折流片换热器的2.4倍左右,两种换热器的综合性能均随Re数的增大而下降,帘式折流片换热器的α/ΔΡ几乎是折流板换热器的2倍,体现了帘式折流片换热器在保持较高的传热效果的情况下,具有显著的流动减阻性能.     

振动流化床浸没水平管局部传热特性的研究

对振动流化床水平换热管的局部传热系数进行了实验研究,结果表明,水平换热管局部传热系数受流化气速、振动频率及振幅的影响。通气与不通气两种情况下,振动对局部传热系数的影响表现出不同的规律。振动流化床水平换热管的传热系数随颗粒粒径的增大而减小。     

水平管内自然对流对热进口段空气强制对流传热的影响

本文研究了水平管内空气层流强制对流传热时,自然对流对热进口段传热和流动的影响。数值计算结果显示：速度和温度分布因自然对流影响变形为非对称,速度最大值和温度最小值向管下部偏移。对流传热系数在圆周上的最小和最大值分别出现在管顶部和底部,二者之差最大可达5倍,其平均努塞尔特数明显高于无自然对流影响的强制对流。     

用格子Boltzmann方法模拟方柱绕流

基于格子Boltzmann方法的原理和对边界条件处理的便捷性,分别对单方柱和并列双方柱绕流进行了研究。对于单方柱绕流,分别研究了不同雷诺数和阻塞比对它的影响,给出了不同雷诺数下单方柱绕流的流线图和涡量图,以及平均阻力系数和最大升力系数随雷诺数的变化曲线,得到单方柱产生卡门涡街的临界雷诺数,也给出了不同阻塞比下单方柱绕流的涡量图,以及不同阻塞比对平均阻力系数和最大升力系数所产生的影响。对于并列双方柱绕流,研究了不同间距比对它的影响,给出了不同间距比下的并列双方柱绕流的流线图和涡量图,得到了流动从偏流型向对称型转换的临界间距比以及使得两个方柱后的涡流互相影响最为明显的间距比。     

窄高型尾水管直锥管的有利高度研究

论述了窄高型尾水管配用不同高度直锥管的试验研究成果，对直锥管的有利高度进行了有益的探讨．     

对筒仓漏斗形状的改进

通过对物料在筒仓下部漏斗内流动及受力分析揭示了堵仑发生的原因．提出了防止措施，即将传统的雏形漏斗改为曲线形．给出了曲线参数计算公式及漏斗内壁耐摩处理办法．     

内凸筋管空拉时筋形变化规律研究

内凸筋管空拉研究表明:由于其周向尺寸减缩不均,径向尺寸均有不同幅度增大,凸筋断面由梯形逐渐变成近似矩形。结果使其传热面积增大系数与内外表面积比值增加较大,有利于提高内凸筋管的热交换效率。     

纵向流混合管束换热器试验研究

对三种纵向流管壳式换热器进行了试验研究, 结果表明变截面管管束的传热系数比光滑管管束高１．３～２ 倍, 但压降也大出０．６～１ 倍, 而采用混合管束既可获得高的传热系数, 也可使压降不至过大．通过改变变截面管与光滑管不同数量比例和布置方式, 使之满足对强化传热和限定压降的各种要求．     

强化传热管传热性能分析及其应用

介绍了两种强化传热管的结构特点和常用的性能参数,并分析了其传热性能以及在管壳式换热器和空冷器中的应用情况．     

冷凝管的腐蚀及防腐

阐述了凝汽器冷凝管腐蚀泄漏的原因,在防腐措施中主要讨论了选择管材的问题。     

管板和传热管胀接应力应变的数值模拟及分析

蒸汽发生器是核电厂一回路与二回路的枢纽,传热管和管板的连接处为事故多发区,而机械加工过程残留的应力是引起裂纹的主要原因.应用有限元软件对某型蒸汽发生器中的传热管和管板的胀接过程进行瞬态模拟,得到不同胀接压力下的管板和传热管的残余应力和残余应变值,为传热管和管板最佳胀接参数的确定以及工作过程中应力腐蚀的预防提供理论依据.研究结果标明,管板孔表面的残余径向应力和残余径向应变值都是随胀接压力的增加而增加,且沿着轴向的变化规律相似.     

钢筋混凝土筒中简结构裙深梁受力分析与设计

通过对钢筋混凝土筒中筒结构概念设计的探讨及裙深梁与普通深梁的对比分析,指出了高层建筑混凝土结构技术规程中相关规定的不合理之处;指出了钢筋混凝土筒体结构裙深梁主要承受节点荷载不同于普通深梁的节间荷载,且其截面应变基本符合平截面假定;最后还提出了对筒中筒裙深梁设计的建议．     

组合管桁架抗弯承载力的有限元分析

应用ANSYS参数化程序对组合管桁架结构抗弯承载力进行了非线性分析,计算表明有限元模拟与试验结果吻合较好,验证了有限元模型以及编制APDL命令流的正确性。再应用编制的命令流,分析了混凝土翼缘板板厚、混凝土强度、桁架高跨比、桁架钢材强度、桁架管截面尺寸等因素对组合管桁架抗弯承载力的影响,并对其结果进行了探讨。     

中频热推弯管工艺参数自动控制

提出了中频热推弯管工艺加热温度与推制速度两个工艺参数自动控制方案。该方案采用两个单片机协同完成管坯推制成形过程中,感应加热温度检测和中频电源整流逆变控制;用一个单片机守成热推弯管机液压系统推制速度控制。从而使这两个工艺参数在给定的优化域内自动实现合理匹配,工艺过程实现自动控制。此方案经生产实践初步检验是可行的,取得了预期的效果。