扩张流道内修正上随体Maxwe Ⅱ粘弹性流体的流动

提出了描述粘弹性流体流变特性的修正上随体Maxwe Ⅱ本构方程，利用数值计算方法模拟了该流体在扩张流道中的流动特征，给出了流场图和速度场图，并分析了修正上随体MaxweⅡ流体的非牛顿幂律特性及粘弹性对流场的影响。研究表明，在扩张流道中，随着幂律指数的逐渐增大，速度等值线逐渐向凹角内伸展，流动区域增大；随着粘弹性的增强，流体的波及体积增加，波及效率增大。     

内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热数值模拟

建立了换热管内流体流动与传热三维数学模型,对内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟并与实验结果进行比较。模拟结果表明,内置转子组合式强化传热装置换热管内冷热流体产生了置换混合的效果,充分换热,管内温度梯度小于1 K,进出口温差较光管提高了29%;流场变为复杂的三维螺旋流,加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动,使传热强化并起到清洁污垢的作用,但管内压降较光管增加了4.7 kPa;与光管相比,表面对流传热系数的平均值提高了7%,而且表面对流传热系数的分布也变得均匀。实验结果与模拟结果符合较好。     

换热器EHD强化空气对流传热及其动力学分析

以空气为实验工质,对以光管、横纹管为传热管的管束换热器强制对流传热进行了高压电场强化(EHD)实验研究,得到了努塞尔数与雷诺数,传热强化系数与外加电场电压的关系曲线,验证了外加高压电场对管束换热器对流传热有一定的强化效果。还对实验采集及数值模拟所得的壳程压力波动信号进行了最大李雅普诺夫指数计算和分析,从动力学的角度研究了EHD强化传热机理。结果表明,当有高压电场作用时,换热器传热系统较易出现混沌,从而强化传热。     

SMV型静态混合器的三维数值模拟

利用CFD软件模拟了SMV型静态混合器内的流场,计算了压力降,分析了其强化传热的特性。通过对流场的分析,首次从数值的角度揭示了SMV型静态混合元件使流体产生径向流动、壁面冲刷和沿壁面作周向流动使流体微团旋转是改善管内传热的三大因素。计算了平均对流传热系数和流动阻力系数,与已有的实验值进行比较后验证了计算结果的可靠性,拟合得到了具有较高相关性的传热准则数方程。通过局部传热系数的计算得到了SMV型静态混合器的传热入口段长度。与空管情形进行比较表明,SMV型静态混合器的传热系数比空管提高了约3.7倍。     

内外流动介质下强化换热管耦合传热数值模拟

以强化换热管为研究对象,建立了以水为介质的轴对称数值模型。应用计算流体软件CFX对光管及2种强化换热管（缩放管、波纹管）的传热特性及流动规律进行数值研究。结果表明,数值计算得到的光管总传热系数数值与经验公式计算结果吻合很好。与光管相比,强化换热管壁面结构改变了流体的流动状况,对流道的流场产生重要影响。在相同流动条件下,缩放管与波纹管的总传热系数数值均有较大程度的提高,强化作用明显。为此类产品的进一步理论研究和分析方法推广提供了依据。     

分流栅强化管传热与流体流动数值模拟

对于传热管内湍流,特别是带有管内插入物的湍流,其管内流体的流动细观信息和强化传热机理还不十分清楚。为此,提出一种分流栅新型管内插入物强化传热管。采用数值模拟方法研究了不同分流栅设置间距时管内流体的传热及阻力降性能,并与光管进行了对比。结果表明,内插入物促进核心流体与边界层流体的混合,减薄层流底层,强化了对流传热,并增大了换热面积;同时,由于内插入物的影响,管内流体的阻力降显著增加。在研究范围内,插入物分流栅设置间距为50mm时强化管综合性能最佳。     

SULZER SMX型静态混合器内部流场数值模拟

采用CFD方法,应用Fluent6．3．26软件对SMX型静态混合器内流场的流动及传热特性进行了数值模拟。通过对不同层流状态计算结果的对比分析可知,SMX型静态混合器对流体有良好的混合和强化传热能力。数值模拟得出,随着雷诺数的增大,流体的压降增大,摩擦因数减小,流经某一截面的流体平均温度降低,传热系数增大;与2个板片的模型相比,4个板片的模型在流动特性上略差,在传热特性和混合方面要强一些。用CFD方法计算的SMX型静态混合器内的流场可为高效SMX型静态混合器内流场的设计提供参考依据。     

基于CFD的折流杆换热器流场仿真系统研究

基于计算流体动力学原理,建立了换热器流体流动和传热过程的控制方程组,应用算子分裂法,将换热器控制方程分裂为基本的对流、扩散、Stokes问题;采用8~20节点三维等参单元,推导出有限元离散化方程组。编制了流体流动和传热的数值仿真系统程序,应用仿真系统进行传热数值模拟计算和实验验证,通过对比两者的Nu与Re的关系,可以看出仿真系统的计算值和实验测量值非常接近。实验证明,采用编制的折流杆换热器数值仿真系统进行传热模拟计算是切实可行的。     

振动圆管内对流传热特性及场协同分析

采用FLUENT动态网格技术,研究了某型固定管板式热交换器两折流板间换热圆管在振动条件下管内流体的流动与传热特性,分析了不同振动参数对传热性能的影响。在文中计算工况下,数值计算结果及场协同分析表明,振动能强化传热,且其传热效果随振动频率和振幅的增加而增强,传热强度最多提高71％。在半周期内,时相位为90°时管内传热性能最好。在同一振动参数下,雷诺数越小,强化效果越好。对每一来流速度,存在临界振幅和频率,低于临界值不能强化传热。     

竹节强化传热管综合性能数值研究

基于无源强化传热理论,提出一种新型竹节强化传热管。采用数值模拟方法研究了不同突起间隔及突起高度时管内流体的传热及阻力降性能,并与光管进行了对比。结果表明,管壁面的扩张与收缩引起流线的弯曲,并造成近壁面流体对壁面的冲刷,产生流体分离,促进核心流体与边界层流体的混合,减薄层流底层,强化了对流传热,同时增大了换热面积;由于管内流体流线的反复变化,流体的阻力降显著增加。对比结果表明,该新型竹节管较光管的综合性能有所提高;数值结果显示出强化管内部流体的速度分布及温度分布细观信息,为强化管的理论分析提供了依据。     

甲烷液滴在其蒸气中自然对流的换热特性

LNG液舱喷雾预冷过程中,液滴在其蒸气中自然对流蒸发换热模型计算结果与实验数据之间存在着较大的差异。为此,采用计算流体力学的方法,建立了静止饱和LNG单液滴在其蒸气中自然对流蒸发模型,据此研究不同温差下液滴的蒸发传热特性,并与低温球模型进行对比,定量分析喷雾预冷过程中"吹拂效应"对液滴自然对流蒸发换热过程的影响。研究结果表明:①随着温差的增大,液滴表面蒸气喷发速度、温度边界层厚度、液滴换热量线性均增大,努塞尔数线性减小;②随着角度的增大,液滴局部蒸气喷发速度、局部努塞尔数逐渐减小,温度边界层厚度逐渐增大;③吹拂效应的影响与蒸气喷发速度呈正比;④因为吹拂效应,同等条件下液滴的换热量和努塞尔数相比于低温球要更小,温度边界层厚度相比于低温球要更厚,并且吹拂效应的影响随着温差的增大而线性增大。结论认为,该研究成果有助于更加准确地预测LNG液舱预冷过程,对完善液滴蒸发理论模型及指导LNG液舱预冷操作都具有重要的意义。     

超级开架式气化器新型传热管内流场及对流换热的数值模拟

超级开架式气化器(Super ORV)新型传热管主要是在普通传热管的内管中加入了十字螺旋扰流杆,以强化传热管的换热效果。为了研究该装置的换热效率,建立了与新型传热管和普通传热管相对应的数学和模型物理模型,采用数值模拟的方法对两种传热管内流场及对流换热性能进行了对比分析,得到了传热管内流道的努赛尔数随入口速度的变化图,以及传热管不同位置处温度和传热系数的分布规律。通过对现有实验进行数值模拟,对比分析了模拟结果与实验结果。结果表明:(1)FLUENT数值模拟方法能准确描述传热管的传热特性;(2)十字螺旋扰流杆的存在,不仅能够加强流体的湍流强度,而且还能有效减小边界层厚度,产生强烈的二次流,加强了流体在径向上的热交换,提高了传热管的整体换热能力;(3)流体入口速度与努赛尔数的增长幅度呈正比,传热系数随着温度的升高而增加,在相同的雷诺数下,新型传热管内流体的平均温度明显高于普通传热管内流体温度。该研究成果能够为超级开架式气化器国产化进程提供参考。     

基于Fluent的夹套式热管热交换器的数值模拟

将数值模拟计算方法和Fluent软件相结合,对夹套式热管进行三维数值模拟,研究了热管热交换器在余热回收系统中的特点和作用。根据夹套式热管热交换器结构特点及传热特征,建立了夹套式热管热交换器流动与传热的三维物理模型,采用非结构化网格划分,选用k-ε湍流模型和耦合传热法,研究了夹套式热管热交换器壳程温度场分布。结果显示,夹套式热管内沿工质流动方向温度层次明显,壳程靠近热管的部位温度梯度大。     

缩扩管内携砂压裂液的压力损失实验与数值模拟

携砂压裂液在缩扩管内形成的湍流流动和颗粒群动力学耦合是产生压力损失的根源。通过建立实验系统，研究了携砂胍胶压裂液在缩扩管内的压力损失，得到了缩扩管降阻比随流量、变径比增加呈指数下降，并随支撑剂质量浓度（砂比）增大呈线性增加的变化规律，拟合出了携砂胍胶压裂液在缩扩管内的降阻比计算公式。考虑非牛顿流体的湍流流动和颗粒群碰撞、堆积的动力学耦合，建立了缩扩管内携砂压裂液固液两相耦合的数值分析模型和计算方法，其数值模拟结果与实验得到的压力损失误差均不大于10%，验证了数值模型和计算方法的准确性。经数值模拟研究表明：缩径和扩径端面区域存在流体速度大于颗粒速度以及高颗粒碰撞率和滞逸率现象，扩径端面存在较大旋涡区，且随支撑剂质量浓度增加旋涡流速增大；当支撑剂质量浓度从0增加到700 kg/m³（砂比56%）时，缩扩管压力损失的增加幅度达15%，与实验得到的16%基本一致，其中突缩管和突扩管压力损失的增加幅度分别为22%和12%。     

混沌频率电场激励乳化油液滴动力学仿真与响应

运用混沌脉冲调制方法构建混沌频率脉冲电场,建立乳化油液滴在混沌频率电场中的振动动力学仿真模型,通过数值计算,得到油中液滴在混沌频率脉冲电场作用下的振动动力学响应,并对响应输出进行了相轨图分析和最大Lyapunov指数计算。结果发现,混沌频率脉冲电场存在最佳脉宽,激励液滴剧烈振动;液滴在高频段获得较大拉伸变形量,在低频段则拉伸变形量相对较小,且波动稳定;可定性和定量地识别液滴振动响应的混沌特征。     

水下采油树跨接管接头的传热计算与保温分析

水下采油树和跨接管之间需要专用接头进行连接,其中以套筒式接头最为常见。在水下进行接头安装时,持续的热量交换会导致接头在停机条件下持续降温,因此必须预先评估相关的温度分布和热量传递问题,提高水下采油树系统的流动安全水平。根据水下油气开发的要求,结合已有经验,在水下采油树套筒式跨接管接头结构设计的基础上,采用耦合传热的数值模拟方法,对未进行保温的套筒式接头进行了模拟分析,并完成了包含保温腔的套筒式接头的传热计算;最后基于变物性的分析方法,对含有保温腔的套筒式接头进行了内流场分析。计算表明:没有保温措施的套筒式接头会产生局部过冷问题,所设计的保温腔能大幅度改善接头的整体保温效果,满足水下采油树8 h保温的基本要求。用耦合传热数值模拟方法分析水下采油树系统的传热与保温理论可行,结果可靠。      

低雷诺数混沌流翅片传热和阻力性能研究

应用CFD软件FLUENT对新型混沌流翅片单通道模型进行了数值模拟,分析比较了不同结构参数和流速对新型混沌流翅片表面流动与传热性能的影响。模拟计算结果表明,尺寸效应对混沌流翅片中混沌流的产生影响不大,只要达到一定雷诺数,流动就会进入混沌状态;在此基础上得到了翅片摩擦因子f和传热关联式。通过实验验证了关联式计算数据与实验数据最大误差不超过11·2%,表明将数值模拟应用于新型混沌流翅片的研究是可行的,为混沌流翅片的研究和应用提供了一定的参考。