基于Fluent分析大口径涡流管节流效果北大核心CSCD

为了验证涡流管节流效果,建立物理模型,采用理想气体甲烷为计算工质,基于Fluent模拟得到流场内物性参数变化规律。分析发现:冷流率0.5时,甲烷(298 K、12 MPa)在涡流管中高速旋转流动,外旋气体紧贴管壁流至热端出口,温度上升至303 K,内旋气体围绕轴心流至冷端出口,温度下降为293 K;外旋高温气体包裹内旋低温气体流动,可有效缓解管壁结晶,避免气体冻堵问题;轴向位置产生压力滞止点和速度方向折点,沿流动方向,内外旋流气体存在能量损耗,造成压力和速度均减小。节流区间3 MPa左右,忽略传热损失,涡流管合流后气体温降区间几乎为0 K,而节流阀温降区间为9.8 K。组建以节流阀和涡流管为关键设备的节流降压工艺流程对比发现:涡流管能量分离效应优于节流阀节流效应,不仅缩小气体温降区间,而且节流效果明显,在实际应用中可简化输气站节流工艺流程,降低投资和运行成本。     

喷嘴流道数对涡流管内部温度、压力分布的影响

以理想CO_2气体为工质,采用Standard k-ε湍流模型,对涡流管能量分离效应进行数值模拟,分析了管内流体总温、总压的分布。在此基础上,探究了进口温度为298.15 K、进口压力为6.5 MPa、冷流率为0.1时,喷嘴流道数对涡流管内总温、总压分布以及能量分离性能的影响。模拟结果表明:喷嘴流道数在2-6范围内变化时,轴向上:总温、总压先减小后增大、径向上:总温、总压先减小后增大,制冷温度效应先增大后减小,当喷嘴流道数为3时具有最佳制冷制热温度效应。     

涡流管冷热分离效果影响因素的探究

涡流管作为一种体积小巧、结构简单的能量分离装置,可用于制冷和制热。为了探究涡流管冷热分离效果的影响因素以及分离效果最佳的涡流管参数,通过大量实验对相关问题进行了研究,研究结果表明涡流管冷端出口为3mm-7mm时,5mm冷端出口分离效果最好;数量为6的收敛型喷嘴比普通型喷嘴分离效果更好;涡流管长径比在12.5-50时,长径比为25时分离效果最好;不同冷端出口直径情况下,进气压力与分离效果成正比。     

涡流管的入口压力对其性能影响的研究北大核心CSCD

针对涡流管的性能优化问题,需要研究各个参数及结构部件对其制冷、制热能力的影响,并寻求最佳的运行工况。本文搭建了开式实验系统,采用自制的六流道喷嘴,以二氧化碳气体为工质,研究了入口压力和冷流率对涡流管能量分离性能的影响。结果表明:涡流管的制冷、制热效应均随入口压力的增大呈现先增大后减小的趋势,在入口压力为0.4 MPa,冷流率为0.4时具有最佳制冷效应,冷流率为0.9时,具有最佳制热效应;冷流率为0.2~0.5时,涡流管热端管壁面温度随冷流率的增大呈现逐渐升高的趋势,冷流率为0.6~0.9时,壁面温度在出现壁面最高温度点后有所下降,并且冷流率越大壁面温度下降越明显。     

冷孔板直径对涡流管内部压力场的影响

以理想的CO_2气体为工作流体,使用标准Standard k-ε湍流模型来模拟涡流管的能量分离效应。当涡流管冷端出口压力是2. 5 MPa、喷嘴进口压力是6. 5 MPa和喷嘴进口温度是298. 15 K、喷嘴进口压力为6. 5 MPa时,进行了涡流管内轴向、径向压力分布的模拟研究。模拟结果表明:冷流率μ为0. 1,冷孔板直径在1. 5～3. 5 mm之间变化时,轴心线上的总压分布呈现先减小后逐渐增大的趋势,各冷孔板直径在轴向距离为0 mm处的径向总压随着径向距离的增大呈逐渐增大的趋势;当径向距离在0. 5～1. 0 mm之间变化时,轴线上总压随着涡流管轴向距离的增大而增大;当径向距离为1. 5 mm时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈先增大后减小的趋势;当径向距离在2. 0～2. 5 mm之间变化时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈逐渐减小的趋势;当轴向距离在0～100 mm之间变化时,各轴向位置上随着径向距离增大的总压分布均呈现逐渐增大后趋于稳定的趋势。     

冷孔板孔径及进口压力对涡流管性能影响的实验研究北大核心CSCD

针对涡流管大量应用于制冷系统中,对涡流管的各项参数进行研究,寻求最佳制冷工况及参数。本文自行设计涡流管实验样机,搭建开式的涡流管实验台,以CO2为工质,在不同的进口压力(0.2~0.6 MPa)、不同的冷流率(0.2~0.9)工况下研究了5种冷孔板孔径(1.5~3.5 mm)的涡流管性能,分析冷孔板孔径对涡流管性能的影响情况。研究表明:制冷、制热效应均在0.4MPa达到峰值后出现下降,在冷孔板孔径为2.5 mm时获得最佳制冷效应29.3℃、制热温度效应37.9℃,且获得最佳制冷量及制冷性能。     

冷孔板孔径及进口压力对涡流管性能影响的实验研究北大核心CSCD

针对涡流管大量应用于制冷系统中,对涡流管的各项参数进行研究,寻求最佳制冷工况及参数。本文自行设计涡流管实验样机,搭建开式的涡流管实验台,以CO2为工质,在不同的进口压力(0.2~0.6 MPa)、不同的冷流率(0.2~0.9)工况下研究了5种冷孔板孔径(1.5~3.5 mm)的涡流管性能,分析冷孔板孔径对涡流管性能的影响情况。研究表明:制冷、制热效应均在0.4MPa达到峰值后出现下降,在冷孔板孔径为2.5 mm时获得最佳制冷效应29.3℃、制热温度效应37.9℃,且获得最佳制冷量及制冷性能。     

三维数值模拟冷孔板孔径对涡流管能量分离特性的影响

以理想CO_2气体为工质,采用Standard k-ε湍流模型对涡流管冷热分离效应进行数值模拟。通过分析管内工质流动状态和温度、压力的分布,发现:CO_2气体在内层强制涡区与外层自由涡区不断的进行热质交换,促进涡流管发生能量分离。在此基础上,探究进口温度为298.15 K、进口压力为6.5 MPa,冷流比在0.3~0.9范围变化时,冷孔板孔径对涡流管制冷制热性能的影响,模拟结果发现:冷孔板孔径在1.7~2.62 mm范围内变化时,随着冷孔板孔径的增大,涡流管的制冷效应和制热效应逐渐增大,且当冷孔板孔径为2.62 mm时,涡流管获得最大总温差36.83 K。     

工业机柜涡流管制冷装置性能试验研究

介绍了工业机柜涡流管制冷装置试验台;对实验结果进行了分析,分析表明,涡流管的入口温度越低,其制冷性能越好,制热性能越差,对涡流管的分离效应影响不大;涡流管的入口压力越高,涡流管表现出更好的制冷性能、制冷效应、制热性能和制热效应,其分离效应也增强;热阀开度K=1时,涡流管有最好的制冷性能和制冷效应;热阀开度K=2时,涡流管有最好的制热性能和制热效应;热阀开度K=1和K=2时都有较高的分离效应.     

涡流室直径对涡流管性能的影响

以高压气体为工质,对配有不同涡流室内径的涡流管冷热分离效应进行数值模拟研究,并获得了不同结构的涡流管随冷流比变化的制冷制热结果,以及等熵效率曲线。研究表明,随着冷流比的增加,涡流管制冷温差逐渐减小,制热温差逐渐增大,而等熵效率逐渐减小。当冷流比为0.28左右时,涡流管能获得最大的单位制冷量。通常装有较大涡流室的涡流管能获得更好能量分离效果。     

高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环分析

通过设计高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环,对其进行热力性能分析,并与两级节流中间完全冷却的CO_2低温制冷循环的性能进行对比,得出高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环存在获得最大性能系数的最优的高压压力。提高蒸发温度与中间压力,增大冷气流质量比,减少进入蒸发器的冷气流质量比,降低气体冷却器出口温度,均可提高高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环的性能系数。在冷气流的质量比为0.6,冷气流进入蒸发器的质量比为0.2时,高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环的最佳的性能系数较两级节流中间完全冷却的CO_2低温制冷循环最佳的性能系数提高36.4%。随着气体冷却器出口温度的升高,高压气体涡流膨胀的CO_2低温制冷循环的性能系数较两级节流中间完全冷却的CO_2低温制冷循环的性能系数降低的幅度小。     

热端管长度对涡流管性能影响的实验研究

研制了不同热端管长度的涡流管,并以空气作为工作介质,通过实验研究了热端管长度对涡流管能量分离性能的影响.实验结果表明:对于常温涡流管,在入口压力为0.5MPa的情况下,相同冷流率时,随着热端管长度的增加,涡流管的制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数增加,而其制热温度效应无显著的规律;对同一热端管长的涡流管,随着冷流率的增加,涡流管的制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数增加,且在冷流率为40%～50%时出现峰值,而制热温度效应随冷流率的增加而增加,在冷流率范围内未出现峰值.     

超临界CO2循环冷端温度优化研究

超临界CO₂循环冷端排出的热量温度较高,优化冷端温度对于提高循环的效率有重要作用。为了获得最佳的全年平均效率,有必要引入人工制冷,使超临界CO₂循环运行在更优化的冷端温度下。针对550℃/20 MPa参数的分流再压缩方式的超临界CO₂循环,通过热力学方法,分析了自然冷却和人工制冷组合条件下,冷端温度为5~35℃的不同工况下全年平均循环效率,并对冷端温度优化方法的适用性和经济性进行了研究。选取优化的冷端温度,将自然冷却和人工制冷相结合,可提高机组的全年平均效率。对于我国北方地区,冷端温度优化方法有较佳的适用性。引入人工制冷导致机组设备投资增加,但是机组运行效率的提高带来更多的发电收入,并在机组全寿期产生可观的收入增量。     

热端管长度对涡流管性能影响的实验研究

研究了不同热端管长度情况下涡流管的能量分离性能。实验中,采用纯度为99.99%二氧化碳为工质,进口压力为0.4 MPa。实验发现,在相同进口压力下,随着热端管长度的增加,涡流管制冷效应呈现先增大后减小的趋势,热端管长度为125 mm时具有最佳制冷温度效应,制热效应逐渐增大。同一管长时,轴向Z=12.5—50 mm壁温变化剧烈,热端出口附近壁面温度受回流影响较大,冷流率越大受回流影响越大。冷流率0.6、0.7时壁温随着管长的增大呈现先增大后减小的趋势,冷流率0.8时各管长壁温差别较小。     

热端管长度对涡流管性能影响的试验研究

涡流管具有结构简单、无运动部件、价格低廉、可靠性高等优点,但管内发生的能量转换却极为复杂。本文以压缩空气为工作介质,对涡流管能量分离特性进行试验研究,获得涡流管制冷、制热效应随热端管长度、冷端流率之间的关系。研究结果表明,热端管长度越长,六流道喷嘴涡流管的制冷、制热效应越好,获得最大制冷效应时的冷端流率越大。     

冷端孔径对涡流管性能影响的实验研究

本文搭建了涡流管性能实验台,研究了不同冷端孔口直径的涡流管实验样机的性能。当进口压力为0.3~0.5 MPa时,分析了冷端孔径对冷端温降特性、制冷量特性、等熵温度效率特性及COP特性的影响。结果表明:冷端孔口直径对涡流管性能有很大影响,存在一个使涡流管冷端温降及制冷量均达到最大值的最佳冷端孔口直径,在本文设计的涡流管几何尺寸条件下,最佳冷端孔口直径为5 mm,最佳冷端孔口直径与热端直径比为0.5。     

涡流管能量分离特性的实验研究

选用空气作为工质,探讨了进口压力和冷流比对涡流管能量分离性能的影响。实验结果表明:随进口压力的增大,涡流管的温度分离效应随之增强,但增幅逐步趋于平缓。冷流比约为0.37时可获得最佳制冷效应,冷流比约为0.65时获得最佳制热效应。此外,还分析了温度滞止点与温度分离点随进口压力及冷流比的变化规律及其内在机理。     

冷孔板直径与冷流率对涡流管流场的影响

以理想二氧化碳气体为工质,采用Standard k-ε湍流模型,对涡流管能量分离效应进行数值模拟。在此基础上,探究涡流管轴向、切向速度分布以及冷孔板直径与冷流率之间的关系。模拟结果表明:当进口温度为298.15 K、进口压力为6.5 MPa、冷流率μ为0.1—0.9、冷孔板直径R在1.5—3.5 mm范围变化时,随着冷孔板直径的增大,轴向速度逐渐增大,切向速度逐渐减小;制冷温度效应呈现先增大后减小的趋势、随着冷流率的增大,冷热流分界面逐渐增大,制冷温度效应呈现逐渐减小的趋势。     

热端管长度对涡流管流场影响的数值模拟研究

以理想CO_2气体为工质,采用Standard k-ε湍流模型,对涡流管能量分离效应进行数值模拟,分析了管内流体流场的分布以及内旋流与外旋流分离界面的分布。在此基础上,探究了进口温度为298.15 K、进口压力为6.5 MPa、冷流率为0.1时,热端管长度对涡流管内流场分布以及能量分离性能的影响。模拟结果表明:热端管长度在100～200 mm范围内变化时,随着热端管长度的增大,轴向上:轴向速度逐渐增大,切向速度逐渐减小、径向上:轴向速度会出现运动方向相反的情况,切向速度先增大后减小,制冷温度效应呈现先增大后减小的趋势。     

带排液结构的涡流管的性能实验

设计了带排液结构的涡流管的基本结构并搭建了性能研究实验平台,以空气为介质,研究长径比、排液口位置、排液间隙、可凝组分浓度对涡流管性能的影响。实验结果表明:在实验所进行的冷流率范围内,制热效应随着冷流率的增加而逐渐增大,制冷效应则存在极大值;随着长径比的增加,温度效率的极值有所增大,但是当长径比达到一定的数值后,温度效率和制冷效率增加的幅度显著减小;排液口位置的改变对于涡流管温度效率和湿气脱除率的影响不大;排液间隙的存在对涡流管的冷热分离性能有影响,间隙为1 mm时湿气脱除率最小;随着可凝组分浓度的增加,湿气脱除率逐渐增大,但增大的趋势逐渐趋于平缓。