超声空化对换热器场协同影响研究

针对超声波在防除垢对换热器场协同的影响,采用FLUENT软件中的两相流模型、空化模型和标准k-ε的湍流模型,获得流场压强随时间步长的变化规律——流场波动呈类似正弦波波动.引入空化数的概念;利用π定理推导雷诺数和空化数的函数关系——雷诺数与空化数呈幂函数关系,雷诺数随着空化数的增加而减小;根据场协同原理,表示出空化数和场...     

超声空化对换热器换热效果影响的研究

应用Fluent软件模拟了超声空化对换热器中不同管型(波纹管和横纹管)换热效果的影响,并应用场协同理论对数值模拟的结果进行了分析,结果表明:超声空化效应会增强换热管的换热效果,并且空化泡数量越多空化效果越明显;场协同数随着空化泡数的增加而减小,说明超声空化效应越明显,温度场与速度场的协同程度越差;在换热管入口和超声波加入点处的场协同数均大于无超声波影响处的场协同数,此时温度场与速度场的协同程度较好。     

固体颗粒对超声空化场的影响

根据超声化学基础理论研究的结果,微小固体颗粒的存在可以促进超声场中空化作用的效果,活性炭(AC)和氧化铝均是优良的催化剂载体,本研究采用铝箔腐蚀法测量了将其加入超声反应器后的超声空化场分布情况,并用MATLAB软件对铝箔腐蚀结果进行了定量分析,结果表明固体颗粒加入在提高超声空化强度的同时还可以显著改善声场均匀性,颗粒活性炭对空化的促进的效果要优于粉末活性炭,高固体含量下氧化铝效果优于活性炭的效果。     

水力空化发生器的结构对空化场分布的影响2

本文采用Fluent软件模拟了突变型和渐变型水力空化反应器内部的压力场和空化场的分布特点。结果表明,水力空化反应器用于污水处理,其结构设计必须具有渐变型特征。     

超声频率和管型对超声空化效应的影响研究

利用FLUENT软件对不同换热管型在不同频率下的空化效应进行了数值模拟。通过比较换热管中的汽含率,反映空化效应的优劣,得出最佳的空化频率。结果表明:圆管、波纹管、波节管在超声频率为20k Hz时空化效果最佳,横纹管在超声频率20~25k Hz范围内的空化效果最佳。对于不同结构的换热管道,横纹管的几何结构更有利于空化的产生,其次是波纹管和圆管,波节管最不利于空化的产生     

热管换热器耦合源模型及其场协同分析

讨论了热管换热器冷、热端共轭传热特性。根据热管内部相变传热特性,以热管内蒸汽温度作为独立变量,利用冷凝段与蒸发段热量守恒关系,将热管换热器分解成2个独立部分进行分析。针对热管壁面、冷端耦合传热特性,应用耦合源模型,借助Fluent软件计算热管换热器内流动与传热过程,并采用场协同原理对模拟结果进行分析。结果表明耦合源模型能够有效用于热管换热器、及类似结构的性能分析;耦合源模型与场协同原理结合是解决热管换热器等耦合传热及优化问题的有效方法。     

超声空化对污垢沉积特性影响的数值研究

在超声波防垢过程中,超声波的传播以及空化效果会受到流体及超声波参数的影响,析晶污垢的沉积特性也会随之发生变化。对此,采用FLUENT数值模拟与实验参数相比对的方法研究了不同流体速度、超声波频率下超声空化对CaSO_4析晶污垢剥蚀的影响。结果表明:同频率条件下,增大流速超声空化对污垢的剥蚀效果减弱;同流速条件下,增大超声波频率超声空化对污垢的剥蚀效果减弱。将空化效应引起的剥蚀率代入污垢的沉积过程,得到超声波频率对污垢沉积特性的影响,随着超声波频率的增加,污垢净沉积率增加、污垢热阻变大。     

超声空化对污垢沉积特性影响的数值研究

在超声波防垢过程中,超声波的传播以及空化效果会受到流体及超声波参数的影响,析晶污垢的沉积特性也会随之发生变化。对此,采用FLUENT数值模拟与实验参数相比对的方法研究了不同流体速度、超声波频率下超声空化对CaSO₄析晶污垢剥蚀的影响。结果表明：同频率条件下,增大流速超声空化对污垢的剥蚀效果减弱;同流速条件下,增大超声波频率超声空化对污垢的剥蚀效果减弱。将空化效应引起的剥蚀率代入污垢的沉积过程,得到超声波频率对污垢沉积特性的影响,随着超声波频率的增加,污垢净沉积率增加、污垢热阻变大。     

超声空化/海绵铁协同降解金莲橙D的研究

研究了超声空化/海绵铁协同降解水中金莲橙D的降解效果,考察了超声波功率、金莲橙D初始浓度、海绵铁用量等对金莲橙D降解率的影响.研究结果表明海绵铁能显著提高金莲橙D的超声降解效率.     

超声空化场强化甲苯烷基化反应生成乙苯的研究

为实现甲苯的低温烷基化反应,提高乙苯产率,利用超声空化强化甲苯烷基化反应.首先以单因素实验为基础,考察了甲苯体积分数、乙醇质量分数对产物分布的影响,并结合空化产物的分析对反应历程进行了推导;通过响应面法与单因素实验考察甲苯烷基化生成乙苯的最佳工艺条件为:甲苯质量分数为20％、超声功率为850 W、超声时间为90 min...     

基于场协同理论的板式换热器性能优化数值研究

建立了与实物尺寸相同的人字形板式换热器冷热双流道模型,运用数值模拟方法和三场协同原理,对板式换热器单边流动和对角流动时的流动与换热特性进行了分析。结果表明:在相同的流速下,单边流动的速度场和温度场的协同性及速度场和压力场的协同性较好,改善了流道内各场的协同关系,因而单边流动换热效果要优于对角流动,且压降低于对角流动。     

扭曲椭圆管换热器的数值模拟及场协同分析

为了分析换热管几何参数对扭曲椭圆管换热器管程和壳程的传热与压降性能以及场协同关系的影响,今运用Fluent 6.3.26对不同几何参数的扭曲椭圆管换热器的管内和管外对流传热进行了数值模拟,并编写UDF程序计算温度场与速度场的夹角,即场协同角。结果表明:Realizable k-ε模型相对更好地模拟出扭曲椭圆管换热器管内和管外的流场和温度场,努赛尔数Nu以及摩擦系数f与实验结果的差别都在5%以内。在扭曲椭圆管换热器的管程和壳程,Nu和f都随着扭曲椭圆管长短轴比的增大而增大,随着扭矩的减小而增大。基于场协同理论分析,协同角随Re的变化不大,但不同几何参数的扭曲椭圆管管内和管外的协同角都存在差异,二次流的出现优化了速度场以及温度场分布,减小了速度场以及温度梯度场之间的夹角,实现强化传热。     

水力空化场对水解离过程中羟基自由基的影响

水力空化对化学反应的强化作用取决于空化引发自由基的数量,自由基越多空化效果越好。以甲基紫溶液(MV)作为羟基自由基的捕捉剂,利用紫外-可见分光光度法测量水力空化过程中释放的·OH自由基产生量。考察了反应终温、物料加入量和反应时间对水力空化过程中·OH自由基产生量的影响,得出有利于空化发生以及提高空化作用强度的适宜操作条件。     

超声场对锆溶胶的影响研究

研究了超声场分布、超声时间和超声功率对锆溶胶粒径分布的影响,还表征了超声场分散溶胶所制的非担载膜的性能。实验结果表明:扩散场处理的溶胶粒径分布比驻波场处理的溶胶粒径分布略窄;提高超声功率有助于减小溶胶粒径,超声时间的增加,溶胶粒径逐渐减小,且超声处理过的溶胶稳定性得到提高;超声处理的溶胶和未超声处理的溶胶所制得的非担载膜最可几孔径均为4 nm,但前者的比表面积和孔体积略有下降。     

超声空化合成安息香

采用超声空化、相转移催化法,用水/乙醇为反应介质,以苯甲醛为原料,盐酸硫胺（VB1）为催化剂,在碱性溶液中反应制得安息香。对原料配比、反应温度、反应时间、体系pH值、相转移催化剂的种类等各种反应条件的影响作了详细的研究。实验得到最优条件为：乙醇/水二元混合溶液中,苯甲醛5 mL,盐酸硫胺2.0 g,相转移催化剂用量占苯甲醛质量的百分比为10%~12%,蒸馏水量2 mL,乙醇量8 mL,体系的pH值控制在9.3~9.7之间,水浴超声空化控温在70℃左右,反应时间90 min,超声功率80%。最优条件下收率达到93.57%,产品含量在90%以上。该工艺具有反应条件温和、转化率较高等优点。     

三角形布管方式下2种换热器的场协同分析

基于采用周期性全截面计算模型得到的帘式折流片换热器和折流板换热器壳程流体流动和传热数值计算结果,应用场协同原理对二者传热性能进行了分析。分析了帘式折流片换热器在壳程不同位置处的速度和湍流度,以及场协同角和对流传热系数,并与折流板换热器相同位置处的情况进行了对比。由于折流板壳程流体为横向流动,而帘式折流片壳程总体上是纵向流动,故折流板换热器的平均流速和湍动度稍高于帘式折流片换热器,平均流速为帘式折流片换热器的1.15倍,其湍动程度为帘式折流片换热器的1.4倍;折流板换热器2条验证线上的场协同角的平均值均小于帘式折流片换热器。研究结果为管壳式换热器结构改进和性能提升提供了参考依据,同时帘式折流片换热器的这种结构特点对于节能降耗的研究也具有重要意义。     

沉浸式换热器超声强化传热影响因素

以沉浸式换热器为研究对象,通过壁面加载超声波,比较了超声波振幅、换热器入口流速和管外压力对超声波效应及强化传热效果的影响。结果表明：超声波振幅由20μm增大至35μm时,表面对流传热系数增幅由15.67%增至26.71%;管外压力由0.1MPa增大至1.0MPa时,表面对流传热系数增幅由20.95%增至48.43%;入口流速由1.0m/s降低至0.05m/s时,表面对流传热系数增幅由1.76%增至39.01%。增大超声波振幅、环境压力和减小介质流速均能增强超声波声流现象和空化效应,有效提高超声波强化传热效果;高压环境会使同振幅、同频率超声振动作用下声功率呈指数增长,高流速会降低流体介质的声能密度,两种情况都需要匹配合适的超声波以保证强化传热最佳效果。     

强化换热管内超声空化影响因素的数值研究

利用FLUENT软件对超声波空化效应的影响因素进行了数值模拟。采用二维管道,对比研究了不同长度处的声压及其汽含率后,得出结论:频率20k Hz的超声波对圆管能够作用的最大长度在4.0~5.0m之间,最佳的空化长度为4.0m,当超过4.0m时由于超声波衰减严重,空化效果变差;当声强不断增大时,管内整体的汽含率却越来越小,此时的空化效果会变差。对于不同的管道类型,由于横纹管的几何结构更容易汽泡的产生,故而其超声空化效果也最佳。     

场协同螺杆结构参数对强化传热效果的影响

利用流体力学软件Polyflow对场协同螺杆计量段中的关键部件扭转元件进行了结构优化,模拟了螺槽深度、螺棱宽度和螺棱数量对扭转元件出口截面温度、整体表面传热系数和场协同数的影响,确定了场协同螺杆计量段扭转元件的最佳结构。引入流道宽度和深度的比值综合评价结构参数改变对其强化传热效果的影响。     

换热器动态场协同效应分析

针对处于频繁过渡过程中的换热器动态强化方法,以及过程控制中的动态过程,提出了用以评价动态性能指标的换热器场协同的观点.在建立了换热器通用动态模型的基础上,着重分析了动态场协同效应与换热器的控制性能、换热器的动态过渡过程之间的关系,为工作于频繁扰动和工况变动的换热器的设计和性能优化建立了联系.