具有壁面滑移特性的水煤浆流经局部管件的阻力特性

以水煤浆的流动特性(壁面滑移特性和流变特性)研究为基础,在中试规模的浆体输送装置上研究水煤浆流经90°弯管、突缩管和突扩管的阻力损失。以表征浆体流动特性的广义Reynolds数(Re_g)作为参数,建立了局部阻力系数关联式;考察了弯径比、管径和Re_g对弯管阻力损失的影响,分析了浆体流动特性对突缩管和突扩管阻力损失的影响。结果表明：除突缩管外,采用Re_g作为入口流动状态参数可使流动特性不同的浆体的局部阻力系数试验数据一致;不同弯管的阻力系数随Re_g的增加具有相似的变化趋势,在弯管的流动阻力损失方面不存在动力学相似性。当Re_g<350,突扩管的阻力系数随Reg的增加迅速降低;当Re_g >350,突扩管的阻力系数达到稳定值。在高Reynolds数下,突缩管的阻力系数与浆体的流动特性之间存在显著的相关性,即阻力系数随浓度的增加而增加。     

气力输送系统中弯管的易磨损位置及其机理分析

气力输送技术应用广泛,但管件磨损问题影响安全性和经济性,其中弯管磨损问题是关键的磨损问题,因此确定弯管易磨损位置具有重要意义。本研究通过实验方法采用涂层模型并结合电容层析成像(ECT)测量,考察了表观气速、固体流率和颗粒粒径对不同弯径比(R/D)弯管的易磨损位置的影响。研究结果表明:在低气速时(约11 m/s),磨损位置位于磨损点高度与管路内径之比(h/D)为0.5处,即管截面圆心在弯管管壁的映射位置,随着表观气速增加到大于临界气速,磨损位置开始下移,最后稳定在映射位置下方h/D为0.2处;固体流率、颗粒粒径和弯径比能够影响该临界气速,临界气速与固体流率和弯径比成负相关,而与颗粒粒径成正相关;在一定气速范围内,固体流率的增加会引起磨损位置下移。     

中浓度气力输送弯管压力降数值模拟研究

对于中等浓度气力输送90°弯管内的气固流动状态进行数值模拟研究,并对水平转垂直、垂直转水平,不同弯径比(R/D=1.5~6.0)的90°弯管,均匀和非均匀粉体颗粒流过弯管的压力降Δp进行了模拟计算。结果表明,在同一气体流速下,不同R/D的弯管的Δp变化显著;存在一个使Δp最小的R/D值。在模拟的条件范围内,弯管内粉体颗粒的速度分布随R/D变化。并讨论了不同R/D的粉体颗粒流动对弯管压力降及管壁磨损的影响。在同样操作条件下,对煤粉输送进行了弯管压力降数据模拟,其模拟计算结果与周建刚等人的试验结果吻合良好。     

90°圆形截面弯管内流动的大涡模拟

以90°圆形截面弯管为研究对象,以水为介质对管内流场采用4种模型进行数值模拟,并与实验值对比.结果表明,在Re=13000~60000条件下,大涡模拟模型在弯管区的时均速度和压力降与实验值吻合较好,Re 60000时下弯管区不同角度横截面处流场二次流有2个主涡,位置由对称半截面附近逐渐向弯管内侧发展,同时形成一个由弯管壁面和管中二次流综合诱导引起的马蹄涡;弯管段静压力分布显示,45°横截面弯管内、外两侧的压力差最大,此角度是流体出现流动分离现象的临界角度.     

气液两相流中顺列管束涡街特性实验研究

对受气液两相流横向冲刷的顺列管束旋涡脱离特性进行了实验研究。实验中通过测量顺列管束所受升力的频谱特性来确定涡街的脱离频率。实验中来流雷诺数的范围为 1.6× 10 4～ 8× 10 4,截面含气率的范围为 0～ 0 .30 ,横向管间距比 T/ D=1.5、 2 .0、 3.0 ,纵向管间距比 P/ D=2 .0、 3.0、 4.0。实验结果揭示了顺列管束涡街特性和斯特罗哈数随含气率、管间距、两相雷诺数的变化规律     

内插螺旋立式上行管流场及传热性能的实验研究

通过粒子图像测速流场实验与传热实验相结合，研究了内插螺旋立式上行管的螺旋节距、丝径、中径比等结构参数在不同Re下对流场、阻力及传热性能的影响。结果表明，内插螺旋能够有效扰动和混合管内流体，使管内形成多个纵向旋涡的流体结构、增大管壁附近液体涡量，有利于强化传热。当Re相同时，管内平均流速v、Nu和综合换热性能PEC均随丝径增大而增大，随中径比减小而增大；随节距增大，3种参数均出现增大的趋势，节距大于20 mm后开始减小。管内流体的阻力f随丝径和节距增大而减小，随中径比增大而增大。综合比较，在较低Re时，节距p=20 mm、丝径e=1.6 mm、中径比D/d=0.75时综合传热效果最好。     

等腰直角三角形截面螺旋流道内层流流体的流动特性

应用CFD软件对直角三角形螺旋流道内层流流体的流动特性进行了数值模拟,得到了充分发展条件下流体的速度场,分析了无量纲曲率d、无量纲挠率l对二次流强度和流体流动阻力的影响. 结果表明,当d=0.021~0.083且Re=200~1000时,流体流过该螺旋流道产生的二次涡为稳定的两涡结构;随Re及d增大,二次流强度增强,流体阻力系数也相应增大;在研究范围内,l对二次流强度及流体流动阻力的影响不大;当结构参数及Re取值相同时,三角形螺旋流道的阻力比半圆形螺旋流道小,且随Re增大,二者的差值增大,在所计算的Re范围内三角形螺旋流道的阻力系数为半圆管螺旋流道的84.1%~99.5%.     

弯管气力输送炭黑的数值模拟与分析研究

建立炭黑浓相气力输送的数学模型,对炭黑在弯管中的流动状态进行数值模拟分析。结果表明,炭黑颗粒在弯管中的流动状态不稳定,应尽量减少弯管数量,且两个弯管的距离不宜太短;弯管最易磨损,弯管30°～60°外壁面处的压力最大,磨损也最大,可在弯管的易磨损部位附加可更换衬板来延长弯管的使用寿命;炭黑在弯管中的输送压降与弯径比（R/D）有关,当R/D=5时输送压降最小,最有利于炭黑的稳定输送和节能输送。     

通风管路90°弯管壁面颗粒磨损的数值模拟

基于离散颗粒模型(DPM)对通风除尘管路90°弯管进行气-固两相流动数值模拟,计算了无烟煤颗粒对90°弯管的磨损率,分析了弯管弯径比(弯管曲率半径R与管道直径D之比)、气流入口速度、颗粒粒径及管壁材料等对弯管磨损的影响,并将模拟结果与文献实验值及经验公式计算值进行比较.结果表明,模拟结果和经验公式计算值及实验数据吻合较好,表明模拟结果基本可信;入口风速和颗粒粒径一定时,弯管的磨损率随弯径比增加先减小后增大,当R/D=3～4时,弯管磨损较小;R/D一定时,90°弯管的磨损率E与速度V的关系式为E=KV1.08～1.32,且V=0～5 m/s时,磨损率随速度变化较小,当V5 m/s时,磨损率随风速变化较大;弯管磨损率与颗粒粒径dp的关系式为E=Kdp2.38～3.01,且R/D越小,磨损率随颗粒粒径变化越明显.而d_p5μm时,弯管磨损率几乎为0;管壁材料特性(如布氏硬度)也会影响磨损率,布氏硬度大的材料磨损率较小,而布氏硬度小的材料磨损率较大.     

翼型涡发生器对半圆形螺旋通道的换热强化机理

为考察不同形状和布置方式的翼型涡发生器强化半圆形截面螺旋通道的换热特性,对单一以及安装了jxjs、jxjk、sjjs和sjjk 4种涡发生器的螺旋通道内流动与换热特性进行了数值研究,数值模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明,研究范围内涡发生器前后180°范围内的换热壁面平均Nusselt数与单一通道的相应值之比的平均值在1.044～1.074之间,流动阻力系数f/f₀在1.105～1.188之间。对传热效果而言,矩形翼优于三角形翼,对翼渐缩布置优于渐扩布置。涡发生器产生的纵向脱落涡旋改变了原有的二次流场结构,改善了速度场和温度场的协同性,强化了传热。安装jxjs和sjjs型涡发生器的复合二次流场分别为4涡和2个大涡结构,Re=8000时两者在通道内强化换热作用范围分别可达10.47和12.56倍翼高的距离。     

乳化/润湿耦合作用稠油流动减阻新思路

稠油节能增输是解决常规原油日渐枯竭、保障原油接替的紧迫需求,然而稠油黏度高、流道黏附性强,使其输送异常困难,是稠油节能增效输送技术瓶颈。根据前期研究本文作者发现,活性水作用下稠油乳化降黏的同时可改变稠油与管内壁界面特性,以及稠油提高采收率——润湿性之润湿反转,提出管输稠油乳化降黏及其流固界面润湿耦合作用流动减阻新思路。本文基于国内外相关研究成果的系统分析,探讨稠油乳化降黏、流固界面润湿及耦合减阻的有效性,剖析活性水作用乳化/润湿耦合减阻存在的主要问题,理论分析稠油在管输过程中实现乳化/润湿耦合减阻的可行性。结果表明,乳化/润湿减阻思路在理论上是可行的,而且在表面活性剂作用下乳化降黏的同时管输流固界面润湿反转更容易实施,然而,乳化/润湿减阻实际应用缺乏充分认识尚需深入研究其相关科学问题;其深入研究有望理解与认识流固界面特性对流动阻力的影响作用,可解决管输稠油流动阻力之难题,将为稠油流动改进提供理论与技术支撑,在稠油管输节能增效方面具有广阔的应用前景。     

水平管内水环输送模拟稠油减阻特性

基于自主设计加工并搭建的水环输送稠油减阻模拟管路系统,采用500^#白油模拟稠油,试验研究了稠油在水环作用下的水平管流阻力特性,分析了油相表观流速（0.3～1.0m/s）、水相表观流速（0.11～0.72m/s）及入口含水率（0.13～0.49）对水润滑管流流型特征及减阻效果的影响。结果表明：环状水膜可有效隔离并润滑油壁界面,油-水两相流流型总体上呈稳定的偏心环状流结构;水环输送可大幅降低管道输送过程中的压降,其压降值仅为相同油流量下纯油输送压降的1/55～1/27;当入口含水率为0.13～0.27时,水环输送的效能显著,输油效率均高于40;油相表观流速和入口含水率的增加会增大单位管长压降,降低水环输送的减阻效果和输油效能。     

内插梯形扰流片的矩形通道内涡流和传热特性

利用Realizable k-ε湍流模型对带缺口的梯形扰流片进行流动和传热特性的数值模拟,研究了梯形扰流片的缺口位置及流动方式对矩形通道内流场以及传热的影响,同时通过对涡量、流线、流速分布、压力变化、湍流强度等的分析,揭示了扰流片强化传热的机理。结果表明,逆流时Nusselt数比顺流时提高了21.7%,同时摩擦因子也提高了25%。顺流时内侧缺口绕流片提高了传热系数的同时也增加了摩擦阻力,而外侧缺口的绕流片降低了传热系数同时也降低了形状阻力。研究发现较低Reynolds数下(10000相似文献   

幂律流体在Kenics型静态混合器中流动特性分析

为了探究Kenics型静态混合器内扭旋叶片剪切作用对幂律流体流动的影响,利用旋转流变仪测量了浓度为0.5wt%, 0.7wt%, 0.9wt%的羧甲基纤维素(CMC)水溶液的流变参数,采用数值模拟与实验研究了扭旋叶片作用下幂律流体流动阻力和剪切稀化特性。对流场研究表明,扭旋叶片诱导产生了内流涡旋、绕流涡旋和近壁面涡旋,有效强化了静态混合器内流体流动的剪切作用。受多个纵向涡旋分布的影响,扭旋叶片局域流场中周向45°位置速度最高,周向30°位置涡量与剪切应力最高而黏度最低。径向0.4倍半径位置速度最高,0.7倍半径位置黏度最高。静态混合器有效提高了流体的二次流流动速度和剪切应力,降低了幂律流体的黏度和流动阻力系数。     

Numerical Analysis of Isothermal Gaseous Flows in Microchannel

Two‐dimensional compressible momentum equations were solved by a perturbation analysis and the PISO algorithm to investigate the effects of compressibility and rarefaction on the local flow resistance of isothermal gas flow in circular microchannels. The computations were performed for a wide range of Reynolds numbers and inlet Mach numbers. The explicit expression of the normalized local Fanning friction factor along the microchannel was derived in the present paper. The results reveal that the local Fanning friction factor is a function of the inlet Mach number, the Reynolds number and the length‐diameter ratio of the channel. For larger Reynolds and inlet Mach numbers, the friction coefficient in the microchannel is higher than the value in a macrotube, and the gas flow in the microchannel is dominated only by compressibility. For smaller Reynolds and inlet Mach numbers, the Fanning friction factor of gas flow in the microchannel is lower than that in a circular tube of conventional size due to slip flow at the wall and thus, rarefaction has a significant effect on the fluid flow characteristics in a microchannel.     

Two-dimensional unsteady flow of power-law fluids over a cylinder

The unsteady flow of incompressible power-law fluids over an unconfined circular cylinder in cross-flow arrangement has been studied numerically. The two-dimensional (2-D) field equations have been solved using a finite volume method based solver (FLUENT 6.3). In particular, the effects of the power-law index (0.4?n?1.8) and Reynolds number (40?Re?140) on the detailed kinematics of the flow (streamline, surface pressure and vorticity patterns) and on the macroscopic parameters (drag and lift coefficients, Strouhal number) are presented in detail. The periodic vortex shedding and the evolution of detailed kinematics with time are also presented to provide insights into the nature of flow. The two-dimensional flow transits from steady to unsteady behaviour at a critical value of the Reynolds number Re∼(40-50) and the von-Karman vortex street is observed beyond the critical Reynolds number (Re). Obviously, both the lift coefficient and Strouhal number values are zero for the steady flow, but their values increase with the increasing Reynolds number (Re) in the unsteady flow regime. For highly shear-thickening fluids (n=1.8), the flow becomes unsteady at Re=40 and unsteadiness in the flow appears at Re=50 for all values of power-law index (n). As expected, the evolution of the kinematics and vortex shedding show a complex dependence on the flow parameters near the transition in the flow. For a fixed value of the Reynolds number (Re), the drag coefficient increases and lift coefficient decreases with increasing value of the power-law index (n). For a fixed value of the power-law index (n), the drag coefficient gradually increases with the Reynolds number (Re). Similar to the drag coefficient, lift coefficient also shows a complex dependence on the power-law index (n) near the transition zone. The value of the Strouhal number (St) decreases with the increasing value of the power-law index (n) at a fixed value of the Reynolds number (Re).     

反射式入流构件对重力油水分离器流动均匀性的影响及结构优化

为探究反射式入流构件结构参数及安装方式对重力油水分离器流动均匀性的影响规律并确定优化结构参数,通过Fluent软件对油水分离器进行模拟研究。结果表明,流速平均均匀度N与入流构件射流距离d、入流角度θ和入流口垂直位置h均呈先增大后减小的规律,分别在d=0.075D、θ=90°、h=0.25D处N取得极大值,且下装方式的流场均匀性好于上装方式;随着入流雷诺数(Re_i)的增大,分离器流场均匀性逐渐变差;下装反射式入流构件的流场均匀性优于下管箱式入流构件;单参数下入流构件的最优值与响应面分析法优化结果相差不大,优化结构参数分别为h=0.25D,d=0.07D,θ=90°。     

蜗壳式旋风分离器内的湍流特性(Ⅰ)分离空间

采用激光多普勒测速系统测试了蜗壳式旋风分离器内的流场,分析了最主要的分离空间内湍流特性.内旋流区、排尘口附近、近壁处以及上下行流交界点和内外旋流交界点等处的湍流度变化非常剧烈,而且数值上也大得多.比较轴向和切向湍流度得知表明分离空间的湍流是各向异性的.Reynolds应力值在内旋流区大于外旋流区,而且在排尘口附近、排气管下口附近都有陡增,湍流黏性系数也反映了这个特点.     

Axial dispersion in a tubular flow vessel with bends

A two measurement points pulse techniqque was employed to determine axial dispersion coefficients in a 3/4 inch diameter pipe with four 90 degree bends located at 50 inch intervals. Water velocities corresponding to Reynold numbers of 3,800 to 11,500 were used. It was found that the effect of bends on the overall dispersion coefficient depends on the Reynolds number and a characteristic length. Two mathematical models of a reactor with bends are presented. One model assumed that the bend section is a perfectly mixed reactor with an equivalent length. The second assumed a fixed equivalent length for the bend section and a proportional relationship between the dispersion coefficients in the bend and the straight section.