聚结层排布对高压天然气净化用滤芯过滤性能影响的实验研究

本工作利用聚结滤芯过滤性能实验装置,通过改变滤芯内部的滤材排布,研究了聚结层为单一滤材以及由不同滤材排布组合的滤芯过滤性能,分析了聚结层排布方式对过滤效率、压降、饱和度及液体分布的影响。结果表明,由单一滤材组成的滤芯过滤效率随滤材孔径减小而增大,但孔径最小时由于压降较高,导致滤芯综合过滤性能反而最差。疏油在前、亲油在后的聚结层排布方式可提高滤芯过滤效率、减少液滴二次夹带,且以两层相同滤材交错排列的滤芯过滤效率比单层滤材交错排列明显更高,压降也相对较低,使得综合过滤性能显著提升。继续增加进气侧的疏油滤材层数可延缓压降增长、提高运行寿命,滤芯稳态品质因子达到最大值(0.30 kPa-1)。聚结层排布方式对滤芯过滤性能的影响主要通过改变液体分布形式而实现,且末层滤材的通道结构变化是导致不同聚结层排布方式的滤芯过滤性能出现差异的主要原因。     

穿流板结构参数对复合塔板的性能影响

对不同开孔率、不同孔径的穿流筛板与250Y规整填料组成的各种复合塔板的性能进行研究。结果表明:开孔率越大,复合塔板的处理量越大;压降越小,操作弹性越小;存在流体力学性能较佳的孔径8mm,孔径小于等于8mm时,孔径越小,压降越大,操作弹性越小;孔径大于8mm时,孔径越大,压降越大,操作弹性越小。孔径对效率影响不大。     

车用热泵内部冷凝器结构对性能的影响

以三换热器汽车热泵系统中的内部冷凝器为研究对象,实验研究了迎风面积与厚度相等时单层二流程与双层四流程的性能差别,发现双层冷凝器比单层的换热能力最大可增加7.9%,但压降增加了177.6%。建立了双层四流程冷凝器一维仿真模型,研究了当制冷剂为R134a与R1234yf时其在不同结构下的换热量与制冷剂侧压降。结果表明：不同流程排布的换热量差别较小,排布为11-12-12-11时,各个工况的R134a侧压降都显著减小;固定第二层厚度,第一层厚度从10 mm到20 mm,高风速工况下R134a的换热量最大增加10.4%,压降最大可减小63.6%;固定总厚度,采用不同的两层厚度组合,换热量变化较小,存在性能较优的两层厚度组合16 mm-8 mm与14 mm-10 mm;制冷剂为R1234yf时换热量和压降分别比R134a降低了8.02%和47.0%。     

孔径梯度分布对亲油型滤材气液过滤性能的影响

在天然气净化、大型旋转机械曲轴箱通风和压缩空气过滤等领域,气液聚结过滤器具有广泛的应用。利用滤材过滤性能实验装置,分析了气液过滤过程中不同孔径梯度分布的亲油型滤材的压降、穿透率和饱和度变化,比较了其过滤性能、内部液体分布特性以及对液滴二次夹带现象的影响。结果表明：在气液过滤过程“通道压降”阶段,孔径递增滤材压降和0.8 μm以上液滴穿透率的变化曲线具有明显的分层特征。不同孔径梯度分布滤材的稳态过滤性能存在明显差异,主要原因是滤材内部存在液体运移通道的传递现象。通过与孔径递减和孔径均匀分布滤材的稳态过滤性能对比,发现孔径递增滤材在保证较低压降的同时具有最高的品质因子,有利于减少液滴二次夹带现象的发生,且对0.8 μm以上不同粒径液滴均具有最高的过滤效率,即孔径递增滤材在气液聚结过滤器设计中更具优势。     

蜂窝状空气滤清器的流场分析及结构优化

基于多孔介质理论,采用标准k-?湍流模型对不同结构的宏观蜂窝状空气滤清器的内部流场和阻力特性进行数值模拟,从而进行结构优化,提高其性能。采用的模型为相同滤芯(褶高h=5mm),壳体进出口形状分别为圆形与圆形(方案1)、圆形与椭圆形(方案2)、椭圆形与圆形(方案3)和椭圆形与椭圆形(方案4)的组合;优化得到的壳体结构与褶高分别为5, 10, 15 mm的蜂窝状滤芯组合,研究其过滤性能。结果表明,方案2的流场分布更均匀;压降随流量变大近似呈线性增长,当流量小于额定流量的60%时,4种方案的压降大致相等,大于额定流量的60%时,方案2的压降比方案1, 3和4小,方案2的壳体结构较合理。方案2滤芯褶高对空气滤清器流场分布有一定影响,且在研究的褶高范围内压降先降低后增加,存在最佳褶高使空气滤清器的压降最小。     

孔径梯度分布对亲油型滤材气液过滤性能的影响

在天然气净化、大型旋转机械曲轴箱通风和压缩空气过滤等领域,气液聚结过滤器具有广泛的应用。利用滤材过滤性能实验装置,分析了气液过滤过程中不同孔径梯度分布的亲油型滤材的压降、穿透率和饱和度变化,比较了其过滤性能、内部液体分布特性以及对液滴二次夹带现象的影响。结果表明:在气液过滤过程"通道压降"阶段,孔径递增滤材压降和0.8μm以上液滴穿透率的变化曲线具有明显的分层特征。不同孔径梯度分布滤材的稳态过滤性能存在明显差异,主要原因是滤材内部存在液体运移通道的传递现象。通过与孔径递减和孔径均匀分布滤材的稳态过滤性能对比,发现孔径递增滤材在保证较低压降的同时具有最高的品质因子,有利于减少液滴二次夹带现象的发生,且对0.8μm以上不同粒径液滴均具有最高的过滤效率,即孔径递增滤材在气液聚结过滤器设计中更具优势。     

壁面润湿性对微细通道内R141b流动沸腾不稳定性的影响

为了探究壁面润湿性对制冷剂R141b流动沸腾不稳定性的影响，设计微细通道流动沸腾实验平台，制备3种不同润湿性的矩形微细通道，其壁面接触角分别为62.3°、接近0°和158.7°。以R141b为实验工质，在截面宽×高为1mm×2mm的矩形微细通道内进行流动沸腾换热实验，研究了沿程测点压力波动情况以及影响进出口总压降波动的因素，最后对总压降波动信号进行Hurst指数分析，结果表明：微细通道沿程测点波动方差最大的位置正处于沸腾起始点（ONB）附近，热流密度的减小以及质量通量的增大均会使沸腾起始点推后；进出口总压降波动受热流密度、质量通量和壁面润湿性的影响，相同工况下，热流密度增大和质量通量的减小都会引起系统不稳定性增强，超疏水表面微细通道的总压降波动方差均比其他两种表面的大，是波动方差最小的超亲水表面的1.35～1.84倍；利用Hurst指数分析，表明系统具有混沌现象，超疏水表面微细通道的Hurst指数最大，表现出更强烈的不稳定性。     

开孔与层数对丝网波纹填料流体力学性能的影响

测定了单层无孔、双层无孔、单层开孔和双层开孔4种不同结构的金属丝网波纹填料的流体力学性能,以研究表面开孔和丝网层数对丝网波纹填料流体力学性能的影响。在直径100 mm的有机玻璃塔中使用空气-水体系对4种不同结构的金属丝网波纹填料进行了干填料压降、湿填料压降、泛点气速、持液量等流体力学性能测试。试验结果表明,4种丝网填料中双层开孔填料的干填料压降与湿填料压降低、泛点气速大、持液量适中,较其余3种填料流体力学性能更优秀。     

孔洞对玄武岩纤维增强泡沫夹芯板冲击性能的影响

为研究孔洞对复合材料夹芯板的抗冲击性能的影响，对开有孔洞的玄武岩纤维夹芯板进行了低速冲击试验，考察孔径大小和冲击位置不同对其抗冲击性能的影响，并分析了其失效机制。研究结果表明：孔洞会降低夹芯板的抗冲击性能，随着孔径和冲击点距孔洞距离的增大，夹芯板的抗冲击性能急剧下降；在冲击点距孔洞距离2 cm、冲击能量20 J条件下，孔径由4 mm变化至10 mm，夹芯板最大位移增加了39.06%。     

移动容器加热结构对流体分布影响的研究

利用数值模拟的方法,研究了一种典型的移动式压力容器外置式加热管连接处开孔对管内流动性能的影响。开孔的目的是为了均衡不同纵向加热管内的流量,充分发挥每根加热管的传热性能。分析了不同小孔直径对加热管内流量和压降的影响。结果表明,孔径的减小使流体分布更加对称,但同时也使管内压降剧增。因此孔径的选取需要综合考虑流量和压降两种因素的影响。     

基于CFD-DEM方法的净化器流场模拟与结构优化

针对空气净化器能耗高的问题,使用离散元方法(DEM)在吸附滤网中建立随机堆积柱形活性炭模型,采用计算流体力学(CFD)方法对空气净化器内部流场进行数值模拟,在模拟与实验验证的基础上,考察了压降最小、流场最均匀的吸附滤网结构。结果表明,空气净化器压降主要发生在轴向,活性炭吸附滤网中回流、沟流现象严重,流体阻力是其他两种滤网的3倍。边数对多边形填充孔结构吸附滤网内压降与流场均匀性无影响,当孔结构改为圆形时,压降减小约52 Pa,节能18.4%(49 W);当孔直径由8 mm增至12 mm,压降减小约48 Pa,节能19.4%(45 W);滤网间距对空气净化器压降无影响,圆形、小孔径的吸附滤网内流场最均匀。     

柱状气液旋流器压力场和速度场模拟分析

利用计算流体动力学(CFD)方法,采用流体力学软件FLUENT,针对柱状气液旋流分离器进行了内部流场、压力场和气相浓度的分析,得到了柱状气液旋流分离器的压力降分布特性和速度分布特性。揭示了入口位置及溢流口直径对柱状气液旋流分离器分离性能的影响。经研究发现:要使柱状气液旋流分离器具有低压力损失和高分离效率的综合性能,需要将入口位置和溢流口直径控制在一定范围。     

Effervescent atomization under sub-sonic and choked conditions—a theoretical approach

Spray formation of a bi-component mixture under sub- and choked-flow conditions has been studied. Special attention has been drawn to the processes inside the atomizer, i.e., the expansion chamber and two orifices. The relevant processes, which include the pressure drop at the inlet orifice, nuclei formation, bubble growth inside the expansion chamber, pressure drop at the discharge orifice, the velocity slip between the bubbles and the liquid bulk, and the flow regime (sub- and choked-flow) at the discharge orifice, have been analyzed by using a one-dimensional model approach.Three different operating regions have been identified. In the 1st, when the inlet to discharge orifices' diameter ratio is small, subsonic flow is anticipated, and no noticeable slip between the bubbles and the bulk liquid is expected. As the orifices' diameter ratio increases, the slip becomes more and more significant (2nd region). When the pressure at the expansion chamber exceeds the critical pressure, the flow chokes, and the slip maximizes. Further increase results in maximum slip (3rd region).The two main roles of the expansion chamber were described: (a) to provide the required time for the bubbles to grow till one bubble touches the other, and (b) to provide the discharge orifice with a well-mixed mixture to allow dominant flashing enhanced by shear stress disintegration. Optimized operation conditions for best atomization, optimized expansion chamber volume, and optimized orifices' diameter ratio are proposed in terms of the thermodynamic properties of the mixture.     

Discharge of a fluidised bed of particles through an orifice

This paper describes measurements and modelling of the discharge of a pressurised bed of fluidised particles through a circular orifice. A simple one dimensional flow model is used to describe three stages of flow; radial convergence of flow towards the orifice, axial acceleration through the orifice, and continued acceleration of the free particle jet beyond the orifice. This model correctly predicts previously observed trends in the final velocity and voidage of particle jets discharging from low pressure beds. Experimental results reported here for discharge from higher pressure beds are also well predicted. Experimental results are described for discharge of particles with a mean diameter of 150 μm to atmosphere through 3 mm and 4 mm diameter orifices, from a fluidised bed at pressures up to 5 bar. For the larger orifice diameter, the solids mass flow rate increased with the square root of the pressure drop across the orifice, consistent with theory and observation described by other authors for lower pressure systems. For the smaller diameter orifice the solids flow rate had a dependency on the pressure drop to a power of 0.4. This is explained in terms of changes in the pressure profile through the orifice that occurs when the orifice diameter is small compared to the thickness of the orifice plate. Gas volumetric flow rates increased approximately linearly with pressure.     

Design and performance evaluation of vacuum cleaners using cyclone technology

A cyclone technology for a vacuum cleaner—axial inlet flow cyclone and the tangential inlet flow cyclone — to collect dusts efficiently and reduce pressure drop has been studied experimentally. The optimal design factors such as dust collection efficiency, pressure drop, and cut-size being the particle size corresponding to the fractional collection efficiency of 50% were investigated. The particle cut-size decreases with reduced inlet area, body diameter, and vortex finder diameter of the cyclone. The tangential inlet twin-flow cyclone has good performance taking into account the low pressure drop of 350 mmAq and the cut-size of 1.5 μm in mass median diameter at the flow rate of 1 m³/min. A vacuum cleaner using tangential inlet twin-flow cyclone shows the potential to be an effective method for collecting dusts generated in the household.     

Improved Design of Microchannel Plate Geometry for Uniform Flow Distribution

The need to achieve high throughput in micro devices leads to high velocities through the microchannels leading to high pressure drops. Due to the nature of the microchannel plate geometry, the highest pressure drop may get localized to cause uneven flows along the microchannels leading to performance reduction. To maintain uniform flow distribution even under high throughput conditions, a two‐dimensional model has been constructed to study the flow distribution along the microchannels for various plate geometries of a micro heat exchanger. A novel micro heat exchanger configuration to achieve uniform flow distribution under all operating conditions has been proposed, modelled and tested. From the results obtained, it can be seen that the plate geometry with inlet and outlet valves inline with the microchannels along with two inlets and four outlets (for possible counter‐current heat exchange operation) provides uniform flow distribution under a wide range of flow conditions.     

气液两相流流过阀门局部阻力特性研究

以空气,水为工质,对进口和出口水平管内气相两相流流过闸阀的局部阻力特性进行了研究,管内直径38 mm、阀门通径4p mm.根据实验结果,总结出了空气和水两相流体流过闸阀时的局部阻力变化规律,并与前人的结果进行比较,提出了闸阀局部阻力修正系数,计算值和实验符合良好.     

固定床反应器环形分布器内流场模拟与流体均布性能分析

环形分布器是实现列管式固定床反应器壳程换热介质均匀流动的重要部件。采用计算流体力学方法分析了环形分布器内的静压分布规律,并考察了环形分布器的结构形式,如进口数目、出口数目等因素对流体均布效果的影响。通过计算发现,均匀开孔时,在其它结构参数和进口总流量保持不变的情况下,出口数目对流体均布的影响不是单调的,一定范围内减少出口数目有利于流体均布;增加进口数目有利于环形分布器内各个出口的流体均布。对模拟结果进行分析发现,当总压降与穿孔压降的比值U在0.95~1.06之间时,均匀开孔即能满足流体均布的要求。     

旋风分离器进口涡旋感生速度场的减阻增效作用

旋风分离器进口段管路的结构关系着进口气速的分配,直接影响到下游分离空间三维速度场的形式,合理设计进口管的样式是挖掘分离器分离潜力的可能入手之处。采用实验及数值模拟手段,对环管和直管2种进口管路下轴对称双进口分离器的性能与流场作了对比研究。结果表明,环管进口的分离器分离总效率比两侧进口的平均高1.5个百分点,而压降损失降低25%以上。前者阻力小的原因在于进口环管内气流为局部的涡旋,与分离器内旋涡流动的形式接近,两股气流交汇时碰撞程度轻,附加的额外能耗较小;而总效率提高的原因为,环管进口的分离器切向速度比两侧进口的分离器约高0.15倍进口气速,能增强颗粒受到的离心作用、减小切割粒径,从而提升分离器总效率。根据涡旋理论,局部区域的涡旋会对整个流动空间产生感生的速度场,由于环管进口的分离器进口管内局部涡旋的存在,整个分离空间的切向速度场被增强。这种由涡旋感生速度场提升分离器切向速度的方式,加深了分离器运行过程中压头向速度转换的程度,不会消耗额外的能量。因此,采用旋涡流的进气方式,并合理提高进口涡旋的强度,是分离器分离性能进一步提升的新途径。     

多孔板压降特性实验与关联式比较

多孔板作为节流元件具有整流、低噪声、低压损及压差更稳定等优点,然而多孔板压降特性的预测方法目前仍不清晰。以常温水为实验介质,在Re数为4×10⁴~1.6×10⁵范围内,对孔数为172~744、等效直径比为0.544~0.666的多孔板进行了压降特性实验研究,并将实验结果与文献中相关的关联式预测结果进行了比较。结果表明：在相同开孔直径比和流动条件下与单孔板相比,多孔板后涡流引起的黏性耗散较小,因而其压损系数明显低于单孔板;计算多孔板压损系数时,若采用等面积折算所得等效直径比按单孔板进行计算,会使得预测结果明显偏大;Holt关联式的压损系数预测结果与实验结果最为相符,表明同时考虑开孔直径比和孔板相对厚度影响的压损系数关联式预测精度较优。建议通过进一步研究建立完善的多孔板压降预测方法。