垂直上升绝热管内汽液两相流截面含汽率的确定

本文提出在蒸发过程中汽、液两相流的流动机构为泡状流和弹状流。根据汽泡、汽弹在静止液中的上升速度,求得了上升流体中汽泡和汽弹的上升速度。得出泡状流和弹状流截面含汽率的计算式。用γ射线法对蒸发过程中汽、液两相流截面含汽率进行测试,并确定了式中的待定系数。     

附加惯性力作用下竖直矩形流道内过冷流动沸腾的数值模拟

摇摆条件下附加惯性力的作用会对两相流动的压降及汽泡受力产生影响。考虑相变能量和质量输运,采用流体体积(VOF)多相流模型对附加惯性力条件下竖直矩形流道内过冷流动沸腾进行了数值模拟。汽液界面位置通过分段线性插值(PLIC)的方法获得。模拟结果获得了孤立汽泡周围压力、速度、温度分布以及二次流动现象,分析了汽泡聚合过程汽泡形态及内部速度矢量的演变过程,模拟结果与文献中结论吻合良好。附加惯性力作用使得流动压降比静止条件下要大,过冷流动沸腾压降由于汽相产生会在单相流动的基础上产生波动,且热通量越大,压降波动幅度越大。摇摆产生的附加惯性力相对汽泡所受的其他力而言可以忽略不计,而摇摆导致的流量波动会改变汽泡受力大小,进而影响沸腾换热。     

基于群体平衡原理的蒸汽发生器汽液两相流动与沸腾数值模拟

基于相似原理建立了耦合四叶梅花形支撑板的蒸汽发生器“单元管”三维物理模型。采用考虑汽泡聚合与破碎效应的MUSIG （multiple-size-group）模型描述二次侧汽泡尺度分布和水力特性,热相变模型计算二次侧汽液两相沸腾相变过程,对大亚湾蒸汽发生器汽液两相流动与沸腾过程进行数值研究。模拟结果表明,支撑板位置处汽、液相流速均急剧升高,产生射流,在离开支撑板孔口时迅速形成回流。两相邻支撑板间出现明显的汽泡由小到大的周期性变化过程,冷、热端沿程汽泡最大直径缓慢减小。二次侧平均传热系数与Rohsenow经验关联式的计算结果吻合较好。     

垂直上升绝热管内汽、液两相流的压降

针对蒸发过程中沸腾层内汽、液两相流的流动状态,对垂直上升绝热管内汽、液两相流流动状态(泡状流和弹状流)中压降的主要部分采用与实际情况相近的模型进行分析,对压降的次要部分采用均相模型和分相模型进行分析,通过积分推出两相流体在区间[Z_1,Z_(1+1)]内总压降的计算式。本文理论计算值与实验结果符合较好。     

低压沸腾管内汽泡尺寸的测量与研究

沸腾工况汽液两相流汽泡尺寸的研究对于深入理解两相流动特性以及相关模型的发展具有重要意义。文中采用双探头光学探针对受热上升管内汽液两相流汽泡尺寸的径向分布特性进行了测量与研究。此外,通过对汽泡尺寸概率密度数的分析,得出了对应工况的两相流流型,根据理论分析及实验结果,总结了汽泡尺寸径向分布与流型的关系。     

换热管内插扰流子的数值模拟研究

针对强化换热时较难避免的压降损失问题,以数值模拟为手段,对比分析了换热管中安装V字折流板（V-baf）、柱状扰流子（C-rod）,以及旋流子（S-gen）等扰流元件后,流体流动和换热情况。结果表明：扰流元件的加入,可以一定程度上强化传热;总结文献中已有的换热性能评价标准,综合考虑换热强化和压降损失,发现PEC（Performance Evaluation Criterion）是一种容易理解、易于计算的评价指标;经过对比3种扰流子的换热效果,其中旋流子诱导管内流体产生旋转流动,旋转流动可以使得流体在径向发生混合,增大核心区流体温度均匀程度,符合二次流强化与核心流强化原则;同时,旋转流动持续距离长,可以保持较长距离不衰减,换热综合效果较好。     

基于流固耦合的蒸汽发生器换热管结构应力分析

以核电站蒸汽发生器为研究对象,采用两流体模型描述二次侧汽液两相流动及沸腾换热,利用CFX对一、二次侧流体与换热管及支撑板的耦合流动换热进行三维数值模拟,在此基础上提取一、二次侧流体压力载荷,在Workbench平台中实现载荷向结构模型的传递,计算换热管结构应力。流固耦合计算结果表明:支撑板位置处二次侧流体流速迅速增大又快速减小,并且流体湍流耗散急剧增大造成二次侧流体压力损失增大;换热管压力应力取决于一、二次侧流体压差,整体平均压力应力约为58MPa,与实际测量参数相符。     

基于流固耦合的蒸汽发生器换热管结构应力分析

以核电站蒸汽发生器为研究对象,采用两流体模型描述二次侧汽液两相流动及沸腾换热,利用CFX对一、二次侧流体与换热管及支撑板的耦合流动换热进行三维数值模拟,在此基础上提取一、二次侧流体压力载荷,在Workbench平台中实现载荷向结构模型的传递,计算换热管结构应力。流固耦合计算结果表明：支撑板位置处二次侧流体流速迅速增大又快速减小,并且流体湍流耗散急剧增大造成二次侧流体压力损失增大;换热管压力应力取决于一、二次侧流体压差,整体平均压力应力约为58 MPa,与实际测量参数相符。     

跨临界CO2在短管内的非平衡流动特性

建立了跨临界CO₂在短管内流动的两流体模型和均相流模型.两流体模型考虑了汽液两相间的速度滑移和温度差异,而均相流模型则认为汽液两相的速度和温度相同.分别用两种模型进行了计算,并与实验数据进行了对比.结果表明：两流体模型90%的流量计算值与实验值偏差在±20%以内,并能合理预测压力的沿程分布;均相流模型对流量的预测结果与两流体模型接近,并未因忽略非平衡特性而严重偏低.另外,汽液两相温度差异和速度滑移的分布计算结果也证实了短管内跨临界CO₂流动的非平衡性并不显著.本文从理论上对此现象进行了解释.     

微细通道中R32流动沸腾换热的数值模拟

利用VOF多相流模型对R32在1、2 mm水平光管内流动沸腾换热进行了二维非稳态数值模拟。模拟的工况为：质量流速100 kg·m²·s^-1,热通量12 kW·m^-2,饱和温度15℃。模拟结果显示：2 mm通道内工质的流动沸腾过程依次经历了液相单相流、泡状流、弹状流;1 mm通道内工质的流动沸腾过程依次经历了液相单相流、泡状流、受限泡状流、弹状流。利用模拟所得气相体积分数分布、温度分布,分析了R32管内流动沸腾过程中的基本规律和气泡运动特点,以及管径对流动沸腾换热过程流型的影响。利用数值模拟结果与实验结果进行对比,显示较好的一致性。     

石油焦渣油浆在管内不等温流动阻力

对不同浓度的油焦浆在管内的不等温流动阻力进行了实验研究.采用SIMPLER算法对油焦浆在管内流动及传热的数学模型进行求解,在此基础上,用分段法对管内不等温流动阻力进行计算.计算与实验结果对照表明,用这种计算方法是可行的.此外,讨论了管内流速、管径大小和浓度对平均阻力系数的影响.     

表观气速对密相气力输送流型影响的模拟研究

针对目前密相气力输送数值模拟关于流型演变方面所存在的问题,提出了一种基于颗粒所在局部空间的固相浓度及颗粒群运动特征来描述颗粒间相互作用的数学模型。该模型能够对气力输送,甚至是颗粒发生大量堆积情况下的密相输送进行数值模拟,使得长期以来缺乏有效模型对密相输送流型进行数值模拟研究的问题得到一定解决。利用该模型,对水平管中煤粉高压密相气力输送的颗粒流动过程进行了数值模拟,获得了输送过程中管道内所发生的气固两相之间的分离、沉积现象,展现了沙丘流及栓塞流等流型的演变特征,模拟结果与实验观察到的现象吻合较好,从而进一步验证了新数学模型的有效性。此外,通过对不同表观气速下固相流态分布的定量分析,揭示了输送流型变化的一些内在规律。     

螺旋内翅片管内充分发展流体流动与传热的数值分析

采用常规模型对一种新型螺旋翅形裂解炉管内充分发展的流体流动与传热进行了数值分析。采用变量置换法把控制方程由原来的三维问题转化为计算平面内的二维问题,并采用ＳＩＭＰＬＥＣ方法计算考察了周向恒壁温、轴向恒热流的螺旋内翅片管内充分发展条件下的流体流动与传热问题,得到了与实验值相近的结果。进一步用所述的方法对相同横截面的直翅和螺旋翅片管内的流场和温度场进行了数值模拟研究,它揭示了螺旋翅片管相对于直翅管而言阻力增加而传热效率下降的机制。     

Flow rate measurement errors in vacuum tubes: Effect of gas resistance to accumulation

Accumulative flow of gas into a vacuum tube has been studied. An analytical model, based on Fick's second law and assuming a constant diffusion coefficient, has been developed to describe the pressure response as a function of time and tube axial position for a constant gas flow rate into a closed vacuum tube. The predicted non‐linear pressure response was verified by conducting short‐term experiments involving a constant gas flow into an instrumented vacuum tube. Initially, the error in flow rate determined using the pressure rise technique was as much as ±100%. At longer time intervals, the constant diffusion coefficient assumption is invalid and the empirical model of Knudsen is used to describe the dependence of the diffusion coefficient on pressure. The governing partial differential equation was solved numerically. The numerical solution accurately predicts the pressure response at any time interval.     

三相循环流化床蒸发器防除垢机理

引　言结垢是蒸发器加热壁面上经常遇到的问题 .垢层严重地降低了换热效率 ,使传热过程迅速恶化 ,蒸发器的防、除垢问题受到人们的普遍重视 .张利斌、李修伦等[1] 研究了汽液固三相循环流化床蒸发器沸腾传热和防、除垢性能 ,本文进一步考察该蒸发器的防、除垢机理 ,并对其进行了分析 .1　汽液固三相流剪应力“混相流”模型根据文献 [1],蒸发管内的汽液固三相流动呈现“混相流”的特性 ,因此为便于分析及突出问题的基本特征 ,假设 :(1)温度场引起的物性变化忽略不计 ;(2 )蒸发管内的汽液两相流动视为均相流动 ,蒸汽的惟一效果是改变了“流体…     

槽式太阳能集热管内相变微胶囊悬浮液的热力性能分析

针对传统使用水基和油基的太阳能集热器换热效果低和管壁热应力大的问题,以相变微胶囊悬浮液为工作流体,对抛物型槽式太阳能集热器进行了三维建模。采用蒙特卡罗射线追踪法结合有限容积法和有限元法的方法求解了太阳能集热管的光?热?力耦合问题,采用欧拉?欧拉多相流模型研究了相变微胶囊悬浮液在集热管内的流动换热特性。结果表明,相变微胶囊悬浮液强化了集热管内的对流换热,不仅降低了集热管的沿程壁温,且减少了集热管的周向温差,均化了集热管温度分布。集热管周向等效热应力呈花瓣型分布,对应的5个高温度梯度的位置附近(圆周角θ=5°, 90°, 175°, 225°和315°)出现等效应力局部峰值。吸热管内壁面θ=90°处轴向热应力为压应力,作用于整个管程,而径向热应力和切向热应力为拉应力,主要作用在进出口端。相变微胶囊悬浮液浓度越高,强化换热效果越好,集热管热应力越小,但产生的压降也随之增大。     

Numerical and experimental studies on the flow multiplicity phenomenon for gas-solids two-phase flows in CFB risers

The flow multiplicity phenomenon in circulating fluidized bed (CFB) risers, i.e. under the same superficial gas velocity and solids circulation rate, the CFB risers may sometimes exhibit multiple flow structures, was numerically and experimentally investigated in this study. To investigate the flow multiplicity phenomenon, the experiments of gas-solids two-phase flows in a 2-D CFB riser with different flow profiles at the inlet of the CFB riser were conducted. Specially designed gas inlet distributors with add-ons are used to generate different flow profiles at the inlet of the CFB rise. The CFD model using Eulerian-Eulerian approach with k-ε turbulence model for each phase was employed to numerically analyze the flow multiplicity phenomenon. It is experimentally and numerically proved that for gas-solids two-phase flows, the flow profiles in the fully-developed region are dominated by the flow profiles at the inlet. The solids concentration profile is closely coupled with the velocity profile, and the inlet solids concentration and velocity profiles can largely influence the fully-developed solids concentration and velocity profiles.     

湿法脱硫系统弧形板带钩除雾器流场数值模拟与分析

采用计算流体力学方法对除雾器内流场进行数值模拟.除雾器内气液两相流动的数值计算主要用基于欧拉-拉格朗日方法的离散相模型.流体被当做连续相,其流场可通过时均N-S方程求得,而离散相液滴的轨迹则可通过已经计算的流场追踪得到.通过计算不同工作参数下除雾器的除雾效率和压降,分析并总结了不同参数对除雾效率和压降的影响规律,对除雾...     

Numerical simulation of liquid falling film on horizontal circular tubes

The objective of this study is to investigate numerically the flow characteristics of falling film on horizontal circular tubes. Numerical simulations are performed using FLUENT for 2D configurations with one and two cylinders. The volume of fluid method is used to track the motion of liquid falling film and the gas-liquid interface. The effect of flow characteristics on heat and transfer coefficient may be remarkable, although it has been neglected in previous studies. The velocity distribution and the film thickness characteristics on the top tube, some special flow characteristics on the bottom tube, intertube flow modes and effect of liquid feeder height on flow characteristics have been studied. Our simulations indicate that 1) the velocity distributions of the upper and lower parts of the tube are not strictly symmetric and non-uniform, 2) the film thickness depends on flow rate and angular distributions, 3) the flow characteristics of the top tube are different from those of the bottom tube, 4) three principal and two intermediate transition modes are distinguished, and 5) the liquid feed height plays an important role on the formation of falling film. The numerical results are in a good agreement with the theoretical values by the Nusselt model and the reported results.     

基于离散相模型的相变微胶囊流体传热特性数值模拟

相变材料微胶囊悬浮液是将相变微胶囊颗粒添加至单相流体中形成的一种新型传热介质,由于传热系数高、传热储能一体化等优势,具备很大的发展潜力。采用离散相两相流模型,对恒热流水平圆管中相变微胶囊流体的传热特性进行了模拟计算,通过对比实验数据验证了模型的可靠性,进而定量分析了颗粒尺寸、质量分数、相变潜热,特别是颗粒分布对传热的影响。结果表明随着微胶囊颗粒质量分数增加,颗粒粒径减小,相变潜热增大,壁面传热效果越好,且相变潜热大小对壁温控制和壁面传热的影响大于颗粒质量分数和颗粒尺寸的影响。比较了离散相模型与常用的单相流模型的计算结果,发现质量分数越高,颗粒集聚程度越高,单相流模型计算的偏差越大。