振荡流通过内插螺旋翅片管传热特性的数值模拟

振荡折流换热器广泛应用在包含传热传质过程的化工过程中,本文对管内插入螺旋翅片的振荡折流换热器进行了三维非稳态数值模拟,模拟在斯特劳哈尔数St=2,4,8和振荡雷诺数Reo=20,40,80范围内进行。通过作出瞬时三维流线,以观察流动状态随时间变化规律,发现其中有纵向涡和横向涡的周期性形成和脱落;得到了圆管周向局部传热系数随时间变化规律,以及不同振荡参数（St和Reo）下周向平均传热系数随时间的变化规律。结果表明：局部传热系数沿周向不均匀分布,并在翅片斜对面达最大;周向平均传热系数随时间周期性变化,时间平均传热系数随振幅增大而增大,但受频率影响却不明显;在本文讨论的参数范围内,平均传热系数最大可达圆管层流的4倍。     

振荡热管内的振荡及传热传质特性

通过分析振荡热管内部气液两相系统的受力和传热传质过程,对振荡热管进行了合理的简化和假设,建立了详细的理论模型.以n型单液塞振荡热管为例,采用显示差分法求解建立的控制方程,并预测传热传质特性和液塞的振荡行为,结果显示：液塞在毛细管路内的运动既有宏观振荡又有局部振荡,振荡的幅度和频率在增大和减小中交替变化,没有固定的周期;液塞两侧气泡间的压差是其振荡的主要驱动力,当振荡热管非水平工作时,需考虑重力的影响,与其他力相比,毛细阻力对液塞振荡的影响可以忽略;液膜短时间内的干涸是诱发新一轮振荡以及强化传热的源动力.     

环管反应器内传热过程的数值模拟

为了对环管反应器内传热规律进行研究,在Euler-Euler双流体动量传递模型和环管反应器聚合传质模型的基础上,考虑了环管反应器内传热过程,建立了环管反应器传热数学模型,对工业烯烃聚合环管反应器内流动、传热和传质及聚合反应过程进行了研究。反应器内浆液温度的模拟值与工业现场值吻合,说明所建立的环管反应器传热数学模型是有效的。模拟结果表明,环管反应器温度与物料浓度存在不均匀分布。在上升段,温度分布呈中心对称,在弯管段不再呈中心对称,下降段的温度因弯管段的不均匀分布而不再呈中心对称分布;随着浆液入口速度或入口固体颗粒相体积分数的增加,环管反应器上升直管段,弯管段以及下降直管段温度降低;管壁冷却水温度不同,对环管反应器内冷却能力也不同,在反应器内相同的释放热量情况下,冷却水温度越低,对反应器内物料的冷却能力就越强。     

圆环挡板振荡流反应器的计算流体动力学研究

采用并行计算技术和2237267个格栅的非结构化网格模型.成功地进行了具有完整结构的十腔室圆环挡板振荡流反应器的数值模拟研究,获得了进料腔室、标准腔室和出料腔室的流场结构和特征.对标准腔室的计算流场和实验流场图像的对比显示两者吻合良好.模拟结果表明,标准腔室中的主流区和二次流区的径向位置在每个振荡周期中交换一次.而除了底部腔室以外的其余腔室中的二次流区漩涡在整个振荡周期中始终存在.进一步的研究将针对二次流区漩涡的动态行为进行.     

振荡热管的运行特征和传热机理

选取62%充注率去离子水振荡热管实验为例,结合前人得到的振荡热管的可视化实验研究成果,揭示了随加热功率不同,振荡热管运行特征、温度振荡及传热机理的对应变化过程。结果显示:振荡热管在没有启动振荡之前,管内工质没有明显宏观质量迁移运动,蒸发段、冷凝段壁面温度均无振荡变化;在启动振荡之后,随着加热功率的增大,管内工质由上下徘徊振荡、不稳定振荡循环流动至稳定单向循环流动;流型的变化也由泡状流、弹状流、塞状流至环状流转变,流速增大;伴随流型、流速的改变,蒸发段、冷凝段壁面温度的振荡变化由没有振荡、大幅度小频率、至小幅度大频率振荡,传热能力不断增强,热阻不断减小。文中为建立振荡热管理论模型、认识其传热规律提供参考。     

结晶垢结垢过程的传热传质模型

通过对结晶垢结垢过程传热传质机理的分析,证明了垢层表面温度随时间的变化会对结垢过程产生重大影响.据此提出了考虑垢层表面温度变化的描述结垢过程的传热传质模型.对恒壁温和恒热流条件下的结垢过程进行了详尽的分析和讨论.结果表明,对恒壁温情况必须考虑垢层表面温度随时间的变化,这一变化是导致结垢过程渐近特性的重要原因之一;而对恒热流情况,垢层表面温度随时间的变化很小,可以忽略它所带来的对结垢过程的影响.与实验数据比较表明,模型预测是正确可靠的.     

封闭空腔中多相流振荡传热特性的数值模拟

振荡强化传热在内燃机活塞和气门中得到广泛应用,但是其热量输运机理了解还不够深入,目前仍然主要基于经验进行活塞和气门冷却结构的设计,这无疑使得系统传热量难以准确确定。采用CFD动网格技术和VOF多相流模型,对封闭空腔中填充部分冷却介质的振荡传热进行了数值计算,分析了对流传热系数随转速、冲程以及填充率的变化规律。结果表明:振荡能够明显地强化传热,转速是影响振荡强化传热的主要因素,强化传热的效果随着转速以及活塞冲程的增大而增强;当冷却介质填充率在30%～60%范围内时,强化传热效果明显,但当冷却介质填充率超出此范围时,传热效果变差。分析结果对内燃机活塞及气门的冷却设计具有指导意义。     

两种管外传热型式对振荡管性能的影响

对管外换热状况对振荡管性能的影响进行了实验研究及理论分析 .实验中采用自然对流及强制对流 (轴向水冷却 )两种典型的管外换热型式 .结果表明 :改善振荡管外的传热状况 ,可使振荡管的冷效应显著增强 ,在膨胀比ε=2 0～ 6 0的范围内可使制冷效率提高 4 6%～ 5 4% ,同时可使最佳射流激励频率 fopt降低且膨胀比对fopt值不再有明显影响 对导致上述结果的内在机制进行了探讨     

锥环挡板振荡流反应器流场的CFD研究

采用(四面体 楔体 棱锥体)的非结构化网格对包括进料和出料机构的五腔室锥环挡板振荡流反应器(OFR)的空间三维流场进行了计算流体力学(CFD)模拟,得到了不同振荡强度下标准腔室、顶部腔室和底部腔室的流场结构信息.研究得到了存在净流时锥环挡板OFR的流场结构,同时将模拟结果与圆环挡板OFR流场进行了比较.     

蒸发结晶过程传热温差的选择

蒸发结晶是化工生产中常见的单元操作。蒸发结晶又分为单效蒸发和多效蒸发,大部分是靠加热的方式来进行的。在加热过程中,物料与加热介质（如水蒸气）之间的传热温差是很关键的因素,温差越高,传热效率也越高,并且可以提高设备蒸发能力。但是,传热温差过高会引起蒸发结晶操作的不稳定,不容易控制,物料粘壁,影响热量传递,甚至造成加热器堵塞,导致装置需频繁停车处理,不能连续稳定长周期运行。因此,必须合理选择传热温差,以保证生产装置在高效、稳定的状况下运行。     

氯化锶搅拌结晶过程的数值模拟及影响因素分析

传统的氯化锶结晶方法是建立在实验的基础上,通过半经验的方式对结晶器的结晶过程及其放大进行研究,此方法不仅耗时久,而且由于结晶过程的放大,会引起更加复杂的流体流动而产生较差的效果。本课题拟利用在传统欧拉(Euler)双流体模型的基础上加载群体平衡模型(PBM),以考虑实际存在的晶体颗粒破碎等动力学行为,与CFD耦合计算了在不同搅拌转速和不同叶数的浆叶下氯化锶晶体颗粒的成长变化过程及其浓度分布的固液两相流场。从而得出在同一温度场下,氯化锶结晶过程的最佳转速为50 rpm与最优搅拌桨叶数为2叶,为工业氯化锶的生产提供了一定的参考和理论依据。     

椰子醛合成过程传热性能的CFD模拟研究

椰子醛合成反应中反应物的流体力学性质尤其是传热性能是影响合成收率的重要因素,对其进行研究对于实际生产过程具有重要的指导意义。本文使用计算流体力学（CFD）软件FLUENT6.2对椰子醛合成过程中反应器内液体的温度场进行了模拟。通过建立反应器的二维物理模型,对比了两种k-ε湍动模型即Standard模型和Realizable模型的模拟结果,发现虽然在收敛性能方面,前者具有一定的优势,但后者在模拟弯曲壁面处的温度场时具有更高的准确性。另一方面,将两种模型的模拟结果同试验值进行了比较,发现两模型在近壁区的模拟均可较准确的反应实际情况,而在中心区则出现了偏差。最后,对二维物理模型进行了改进,获得了更好的模拟效果。研究结果表明,CFD方法可以有效的模拟出反应器内温度的分布状况,为今后进一步的研究工作提供了方法性的指导。     

管内扰流元件的强化传热原理与性能指标研究进展

扰流元件是一种简易、有效的强化传热方法。扰流元件主要应用于管壳式换热设备的换热管内,通过对管内流体的分流与旋流作用,使管内流体边界层变薄,污垢沉积始终处在较低水平,增大流体的管内对流传热系数,从而到达强化传热的效果。本文综述了多种扰流元件的国内外研究进展,并阐述了它们产生强化传热的机理、结构特点及适用场合。应用综合考虑扰流元件的强化传热效果与引起压力降增加的方法,比较了各种扰流元件的优缺点。总结了扰流元件的性能指标参数及其计算方法。总结了计算流体力学软件与冷模实验相结合的方法以及这种方法的应用场合。结合作者设计扰流元件的实践经验,给出了工程应用时计算流体力学软件与冷模实验相结合的实验方法以及扰流元件的选型设计方法与步骤。     

流延法生产塑料薄膜传热过程数值模拟

对流延法生产塑料薄膜的传热过程进行了数值模拟,得到了流延辊内壁温度分布及塑料薄膜温度随时间变化曲线。在进行流延辊辊体设计时,可以忽略辐射及空气对流的冷却作用而按照稳态问题进行计算;流延法生产塑料薄膜的冷却速率决定于空气夹层厚度及辊面温度,并指出了提高塑料薄膜质量及提高塑料薄膜生产速率的方法。     

干燥用振荡流热管强化传热研究

振荡流热管（OFHP）在干燥领域有广阔的应用前景。提出了两种强化振荡流热管传热过程的方法：①用脉冲加热代替传统的连续加热；②采用非均匀热管流通截面。实验结果表明，这两种方法都能增强热管内的振荡过程，并使传热性能显著改善。脉冲加热的振荡流热管比相同功率下连续加热时的传热热流量提高15％～38％，当量热导率提高12％～63％。当加热功率大于100W时，非均匀截面振荡流热管比均匀截面振荡流热管的热流量和当量热导率也有明显提高。     

不同操作条件下连续结晶过程的CFD模拟

运用计算流体力学(CFD)的方法,采用多相流与粒数衡算方程的耦合求解模型,以10 L体积的内循环带有导流筒和挡板的DTB型结晶器为结构,在考虑晶体成长和成核的条件下,模拟了KCl-H2O体系的连续结晶过程。模拟设定1个连续相和5个不同尺寸晶体的分散相,考察了不同进料流速和进料质量浓度下连续结晶过程的流场分布和固体悬浮等情况,进而从流体动力学特征、过饱和度分布和晶体的粒度分布等特征参数来分析其对结晶过程的影响。模拟结果表明,进料流速和进料质量浓度均对过饱和度分布和晶体粒数密度分布具有明显的影响,而对流场分布情况影响不大。     

间歇结晶过程的分析

本文概要地介绍了用于研究在间歇悬浮结晶器中的结晶动力学和晶体粒度分布（CSD）的实验技术和数据分析的新进展,讨论了包括最大CSD的特征化、累积CSD方法、热响应技术、最大允许成长速率在内的几个简单而有用的方法。     

振荡流发生装置应用研究进展

振荡流反应器是一种新型的化工设备。由于其独特的流动特点,能够强化许多化工过程,在化工生产中具有广泛的应用前景。文章介绍了振荡流反应器在设备结构、流场特点及停留时间特性等方面的基础研究以及它在发酵、生物反应器、絮凝、颗粒悬浮领域的应用状况。