尿素造粒塔内热环境仿真研究

以尿素造粒过程的原理为基础,采用Fluent软件对尿素造粒塔内热环境进行数值模拟。连续相采用欧拉方法,分散相采用拉格朗日法,连续相与分散相进行耦合计算。在物性参数的设置中,尿素采用修改比热容的方法,空气的自然对流采用波西涅斯克(Boussinesq)假设。分析得到造粒塔内空气温度速度分布。得出空气在造粒塔内的速度和温度在造粒塔内的变化情况。     

黏度随温度变化对三角形螺旋夹套内湍流流体流动及换热的影响

考虑受热流体黏度随温度变化的影响,对三角形螺旋夹套内流体湍流换热进行了数值模拟分析。经与实验结果比对,证明了模拟方法可靠。基于模拟结果重点分析了受热流体黏度变化对流道内流体流动和换热特性的影响,剖析了受热流体的截面平均流动阻力(fRe_m)和平均Nusselt数(Nu_m)沿流动方向的发展特点,并比较了不同流动参数和不同结构参数下流道内受热流体定黏度和变黏度时流体总流动阻力和传热系数的差别。结果表明:考虑流体黏度随温度变化时会明显影响三角形螺旋夹套内流体的流动和换热特性。对比两种流体fRe_m和Nu_m沿流体流动方向的发展过程发现,在早期、中间和后期发展3个阶段中,后期发展阶段中两种流体的发展趋势明显不同;相同来流条件和热边界条件下,与定黏度流体相比,同一横截面上变黏度流体各点的局部流动阻力较小,而局部Nusselt数却较大,因此变黏度流体总的流动阻力较小,而总的传热系数较大;Reynolds数越低,流道量纲一曲率越小,变黏度受热流体的流动和换热性能与定黏度流体流动和换热性能相比差异愈明显,则考虑流体黏度随温度变化对流体流动和传热的影响更为重要。     

螺旋半圆管夹套内充分发展层流流动与换热特性

根据螺旋半圆管夹套的结构特点,提出了简化的物理模型;采用数值方法求解了恒定热负荷条件下夹套内流体充分发展的层流流场和温度场,并与激光多普勒测速仪测得的速度场和已有的传热实验结果进行了对比。研究了夹套的结构和换热流体Prandtl数Pr对夹套内流体流动及换热特性的影响。结果表明:层流状态下,夹套管的横截面上存在两涡结构的二次流;随着曲率k的增大,二次流函数值增大,二次涡的强度增强,流动阻力增加。二次流对夹套内的换热起强化作用,k值越大,换热流体的Pr越小,二次流的相对强化换热作用越明显。增大k或Pr可以强化夹套内的换热,但强化效果不同;夹套内换热面的中心部位是需要强化换热的重点部位。     

三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热模拟

对三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热性能进行了模拟,得到了充分发展条件下恒定热流加热时釜内湍流流体的速度场,分析了雷诺数(Re)和无量纲曲率(k) 对流体阻力和换热性能的影响,并由模拟数据拟合出平均阻力系数及平均努赛尔数的关联式. 结果表明,湍流流动中,夹套内流体的二次流动为稳定的二涡结构,随雷诺数增大,二次流强度和湍动能均增强. 由于离心力的作用,外壁面的阻力系数远大于内壁面. 换热面上局部努塞尔数的峰值出现在靠近二次涡中心位置的换热壁面处,换热面中心处的局部努塞尔数约为峰值的85%. 随Re和k增大,峰值处的局部努塞尔数值增大最明显,流体的平均努塞尔数及阻力系数均增大. 在所模拟的范围内,三角形螺旋夹套的效率因子E>3.7,且随Re和k增大,E逐渐增大.     

弓形截面螺旋半管夹套内流体流动与换热

采用数值方法对弓形横截面螺旋半管夹套内流体的湍流流动与换热特性进行了研究。基于正交螺旋坐标系给出了夹套内换热流体充分发展的湍流流场与温度场分布。研究了雷诺数Re和无量纲曲率δ对流动阻力fRe及壁面平均换热努塞尔数Num的影响。结果表明:充分发展湍流条件下,弓形截面螺旋半管夹套的横截面上,平均轴向速度的最大值位置靠近弯曲的外壁侧;二次流为旋转方向相反的两涡结构。相同换热面积时,在0.058≤δ≤0.12,6000≤Re≤12 000的范围内,弓形截面夹套的流动阻力fRe是半圆形截面夹套的0.794～0.947倍,平均努塞尔数Num为0.86～0.98倍。     

螺旋半圆管夹套内层流流动及换热特性研究

将螺旋半圆管夹套的物理模型简化为半圆形截面螺旋管,对4种不同结构夹套内的三维层流流动及换热进行了模拟求解,所得的结果与文献中的实验数据进行了对比。给出了发展段以及充分发展段的流场和温度场的分布,通过坐标变换得到了二次流的矢量图;分析了雷诺数Re、量纲一曲率δ和量纲一螺距λ对夹套内流体流动及换热特性的影响。结果表明:二次流对螺旋半圆管夹套的换热起强化作用,λ的影响很小,仅增大,δ流动阻力及壁面平均努塞尔数Nu均增大。     

D型管内超临界CO2对流换热

D型管换热器应用于快速气冷堆超临界CO2循环中,对其对流换热特性研究显得尤为重要.通过计算流体力学软件FLUENT,对超临界CO2在竖直D型管中的对流换热进行了计算研究,并与相同当量直径的圆管进行比较.分析热流密度、质量流量、当量直径等参数对超临界CO2对流换热的影响.结果表明,冷却条件下,CO2流体主体达到临界温度前,局部换热系数达到最大值.CO2流量和通道当量直径的变化对传热具有较大影响,冷却水质量流量影响较弱.     

磁场调控磁性纳米流体流动和传热研究进展

磁性纳米流体在实现能量高效和可控传递领域极具发展潜力。本文综述了磁场作用下磁性纳米流体对流换热及沸腾换热的最新进展,主要包括强制对流换热、混合对流换热、自然对流换热、池沸腾换热及管内沸腾换热等方面的实验研究,分析了磁场类型、强度、梯度、频率、方向及磁铁位置等对磁性纳米流体流动和热传输特性的影响,指出可通过改变外加磁场来实现对磁性纳米流体流动和传热的控制,并探讨了磁性纳米流体流-磁耦合作用下的传热机理以及目前所面临的挑战。在此基础上,提出了未来磁场调控磁性纳米流体对流换热和沸腾换热的主要发展方向：制备稳定的磁性纳米流体,建立系统有效的流动和传热理论模型,并从微介观尺度诠释热-流-磁耦合协同换热机理。     

反应釜内螺旋半圆管夹套内流体的湍流换热性能及熵产分析

应用CFD软件研究了安装在反应釜内壁侧的螺旋半圆管夹套内流体的湍流换热特性,分析了雷诺数Re和曲率d对换热特性的影响,并以熵产数为指标对夹套换热性能进行了基于热力学第二定律的分析评价. 结果表明,弯曲换热壁面两侧主二次涡涡心附近无量纲温度最小,而壁面中心点附近最大,是换热最差的部位. 同一d下,Re增加使二次涡强度和流体湍动能增大,夹套换热综合性能系数Num/f增大;同一Re下,d增加使二次涡强度增大而流体湍动能减小,Num/f值减小. 研究范围内,釜内夹套换热壁面的平均努塞尔数Num为釜外夹套的1.168~1.241倍,摩擦阻力系数f为其1.021~1.077倍. 结构确定的夹套存在一个最佳平均雷诺数(Reop)使换热过程的不可逆损失最小,随d增加,Reop逐渐增大. 半圆截面2个尖角附近是夹套内有用能损失的主要部位.     

折流杆换热器壳程湍流和传热的数值模拟

折流杆换热器壳程结构复杂,用理论方法难以获得壳程流体流动和强化传热机理.为了分析折流杆在换热器壳程中作用,采用数值方法研究了壳程流体的流动和换热状况.首先对壳程结构进行适当简化,提出了换热器壳程的"单元流道"模型用于研究纵流式换热器壳程流场和温度场的实际细观信息.针对三维几何模型和数学模型,数值模拟采用标准k-ε两方程湍流模型,用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系,流道的固体边界采用壁面函数法,在不同进口流量下对单元流道进行模拟.结果表明,纵横交错布置的折流杆在单元流道中不断分割和剪切流道内流体,其扰流作用促进了流体湍流,减薄了液体边界层,减小了对流换热热阻,因而有效地提高了流体的对流换热强度.数值分析结果可为折流杆换热器的结构优化和性能提高提供理论依据.     

THEORETICAL SIMULATION OF HIGHLY EFFECTIVE COOLING WITH AN EVAPORATING ANNULAR FLOW IN A VERTICAL TUBE

A new concept is proposed for the highly effective cooling of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) using the downward annular two-phase flow of high-speed air and subcooled water in a small vertical tube. Numerical simulations based on the two-phase flow boundary layer model are performed to investigate the heat and mass transfer characteristics of the annular flow with uniform heat flux at the tube wall. The coupled heat transfer due to evaporation and convection and the effects of various relevant parameters on the temperature profiles on the wall and of the gas core are studied. It is shown that annular two-phase flow of air and subcooled water in a small vertical tube can provide high heat transfer rate through the evaporation of the water film, while still maintaining low wall temperature. This cooling method is found to be encouraging for use in the highly effective cooling of PEMFC.     

新型闭式冷却塔传热传质的实验研究

建立了椭圆管式闭式冷却塔的实验测试平台,通过改变管内水进口温度和流量、空气质量流量、空气干湿球温度、喷淋水流量等以测试其传热性能,采用Poppe和Dreybal的假设处理数据,得到了管外水膜对流传热系数和水膜与空气传质系数,实验结果表明:水膜传热系数是空气质量流量和喷淋水温度的函数,与已知文献中Mizushina,Ni...     

卧式反应釜螺旋导流夹套传热性能研究

利用FLUENT软件对螺旋导流夹套卧式反应釜的传热性能进行模拟计算,得出夹套冷却介质和内壁的温度变化以及流场分布状况,并对螺旋导流夹套与普通光壁内筒夹套的传热性能进行了比较。     

基于RPI模型的内燃机冷却水腔内数值模拟研究

以欧拉两相流模型为基础,建立了适用于内燃机流动传热的RPI(Rensselaer polytechnic institute)过冷沸腾换热模型。并与Robinson的矩形通道试验结果进行了对比分析,验证了模型的适用性和计算精度。将此模型应用于实际内燃机缸盖及冷却水腔内的直接耦合传热计算,同时对单相流和两相流的计算结果进行对比分析。结果表明：沸腾传热可以明显提高冷却水腔的换热效率,并降低鼻梁区等局部高温区域的温度;使用考虑沸腾的两相流模型进行计算模拟时,计算结果与试验结果的误差更小;欧拉两相流计算缸盖火力面测点温度误差相对于纯对流换热模型误差降低了1.78%。     

风洞真空排气系统直接接触传热过程

某风洞真空排气系统在运行过程中,会产生大量含水蒸气的混合气体。为了提高排气效率降低能耗,本文引入冷凝塔工艺,采用直接接触换热冷凝方式使来流含水蒸气的混合气体降温冷凝。基于微元塔高传质模型,对进入冷凝塔的热流气体与冷却水直接接触换热过程分析,推导出传质系数数学方程表达式。结合实验数据考察了进气压力与冷凝降温排出气体中水蒸气含量的影响,并拟合得到一定温度下进气压力与该气体水蒸气含量的数学表达式;也考察了冷却水质量通量和气液比变化对传质系数、体积传热系数、出气温度的影响,在此基础上拟合得到针对风洞气流直接接触换热气液比与体积传热系数数学关系式,并计算出最优气液比。实验得出的规律对风洞气流的直接接触换热优化设计和应用起到了指导作用。     

釜外和釜内螺旋半圆管夹套内流体流动与换热性特性

The physical models of the outer and inner half coil jackets were simplified to two types of coiled ducts.The mathematic models of incompressible fluid at the condition of laminar flow and heat transfer in the two types of jackets for cooling process reactor were set up and solved by the semi-implicit method for pressure linked equa-tions consistent (SIMPLEC) algorithm based on a control volume method.The flow and temperature fields were given and the effects of Dean and Prandtl numbers on flow and heat transfer were studied.The results show that flow in the inner half coil jacket is found to exhibit transition of secondary flow pattern from two vortices to four vortices when the Dean number increases,but that in the outer half coil jacket is not found.The critical Dean num-ber is about 96.The inner half coil jacket has stronger heat transfer ability than the outer half coil jacket and this superiority is more evident with larger Prandtl number.However,as the Dean number is greater than 105,the flow resistance enhances more severely in the inner jacket than the outer jacket.For both jackets,the centers of the heated wall are the poorest for heat transfer.     

小型提升管反应器流动-反应耦合模拟

在提升管气固两相湍流流动模型和重油反应动力学集总模型的基础上,利用Fluent软件建立了催化裂化提升管反应器气固两相流动与反应耦合模型,对实验室小型提升管反应器进行了数值模拟,考察了气固两相的流动、传热、传质与反应过程。结果表明,提升管反应器内气固两相在轴向和径向的流动、传热与反应的分布不均匀。在入口附近。原料和催化剂温度变化显著,各组分的浓度变化剧烈,在提升管上部,变化平缓。反应器出口各组分质量分数的模拟值和实验值基本吻合。说明该模型对提升管反应器出口参数和反应结果具有较好的预测性。     

循环冷却水系统中逆流湿式冷却塔的特性研究

以循环冷却水系统中的逆流式湿式冷却塔为研究对象,详细阐述了空气湿球温度、水流量和进塔水温对冷却塔热力学性能的影响。水温降低幅度越大,冷却塔冷却效能越好。结果表明:增加进口空气湿球温度或水与空气进料质量比,冷却塔冷却效能降低;水进口温度的变化对塔冷却效能影响较小;水与空气进料质量流量比高时,沿塔高显热交换潜力降低,质量流量比低时,沿塔高显热交换潜力增加。     

叉流热源塔传热传质模型的建立及实验验证

热源塔作为新型的热质交换设备,在热源塔热泵机组运行过程中起着重要作用。其在冬季运行时从空气中吸收热量,为热泵机组提供低品位热量。热源塔与冷却塔在传热传质上存在一定异同点,指出了冷却塔与热源塔在传热传质上存在热阻、液体物性、潜热换热量比例、循环水/液体流量、飘液对系统的影响、热量传递方向和换热量大小等方面的差异。根据热源塔与冷却塔差异建立叉流热源塔传热传质数学模型,并采用实验验证模型的准确性。结果表明叉流热源塔潜热百分比低于35%,模型结果与实验结果相比换热性能误差低于10%,该模型能够较为精确地对叉流热源塔换热性能进行模拟。     

白雾防止型密闭式喷淋冷却塔试验研究

为了防止冷却塔产生白雾,设计并制造了一种密闭式喷淋冷却塔。在该冷却塔中,冷却水分成两路分别在湿式换热器和干式换热器中冷却降温。湿式换热器采用铜翅片管,冷却水通过铜管向喷淋水释放热量,而喷淋水则和来流空气在翅片管表面进行传热传质。低温高湿的空气流过干式换热器后被铜铝复合翅片管内的冷却水加热,因此空气出口温度升高,使得出口空气和外部空气混合后的状态点不与饱和空气线相交,从而避免了白雾的产生。