水平微通道内油水两相流压降实验研究

测试了油相及水相流体在水力学直径为895 μm的矩形铜基微通道内的单相及两相流摩擦压降,并将实验数据与已有的单相及两相流摩擦压降预测模型进行对比。主要考察油相、水相质量通量及两者比率对摩擦系数及压降的影响。结果表明,油的摩擦系数显著高于水的摩擦系数,Hagen?Poiseuille方程能够准确预测微通道内油或水的单相流体压降;油相及水相质量通量均显著影响液?液两相流压降,油水两相流体流量越大,油相含量越高,两相摩擦压降越高;Cicchitti模型能够相对准确地预测油水两相流体混合黏度。为提升预测准确度,建立了油水两相流摩擦系数预测关联式,预测值与实验值吻合较好。     

喷射式超重力旋转床的压降研究

喷射式超重力旋转床是一种新型高效的气液传质设备,旋转床的气相压降是旋转床应用和设计的一项重要指标.以空气-水体系在常压条件下,对喷射式旋转床的气相压降进行了实验研究.实验表明:喷射式旋转床的气相压降随F因子和转速的增大而增大,喷淋密度的增加对气相压降影响不明显.当转速为800r/min,F因子为1.24kg0.5/(m0.5·s),喷淋密度为11.76m3/(m2·h),压降为800Pa时,回归的气相压降模型表明:气相压降与转速的平方、F因子的平方和液量的负四次方有关.     

缠绕管排列方式对缠绕管式换热器内壳程流场影响的数值模拟

采用SolidWorks建立了3种不同换热管排列方式缠绕管式换热器的物理模型,利用Fluent流场模拟软件,考察了缠绕管式换热器内管排列方式及入口流速对壳侧流动、传热性能的影响。模拟结果表明:与平行排列方式相比,采用错位排列方式时由于缠绕管的导流作用,管间存在较大的径向速度,促进缠绕管外侧流体与缠绕管周围流体的混合,管后低速区面积亦大大减少,强化了流体传热;温度分布更加均匀。基于换热器评价体系对模型进行了评价比较,入口流速超过0.3m·s~(-1)时,错位排列的换热器的努塞尔数最高、平行排列最低;交叉排列的换热器的阻力系数比其它两种方式略高;PEC指数计算结果表明:错位排列方式的PEC指数最高,当入口流速为0.9m·s~(-1)时,大约高出25%,具有更好的传热性能。     

原油/水管流压降规律实验

在油水多相流环道上利用原油与矿化水进行油-水两相流流型和压降实验。混合流速为0.1~1.1m/s,入口含水率为0.1~0.7,实验温度分别为60℃和70℃,并进行了破乳剂质量浓度为0.1 mg/L条件下的比较实验。把原油/水流型区分为油包水乳状液流型、混合流型和水环流型3种,并根据不同流型分析了温度、含水率、混合流速和加入破乳剂等因素对原油/水管流压降的影响规律。实验表明,流型是影响压降规律的主要因素;其它因素对压降的影响规律随流型的不同而改变。     

倾斜管内油水两相流数值模拟

倾斜管内的油水两相流流动是油田地面集输管道内最常遇到的流动现象。采用VOF在不同含水率和混合流速条件下对不同角度的倾斜管内的油水两相流进行数值模拟。通过计算可知,管内流型受管道倾斜角度影响。倾斜管内的油水两相流压降与含水率和流体混合流动速度有关,倾斜管内流体压降随含水率的增大而减小,随流体混合流动速度增大而增大。倾斜管压降计算公式对高含水期的油水两相流压降规律预测同样适用。     

表面增强型强化传热管换热特性实验研究

对制冷工质R22在表面增强型强化传热管外的凝结与沸腾换热进行实验研究.实验分别使用4根不同几何参数的表面增强型蒸发强化传热管和3根不同几何参数的表面增强型凝结强化管.实验结果表明:管内水流速为0.3~1.3 m/s范围内,4根蒸发管中2#管和4#管换热性能最好;管内水流速为0.4~2.0 m/s,3根冷凝管中2#管换热性能最佳.     

轻质分散相双锥旋流器的压降模型

为了研究各种参数对压降的影响,本文在对旋流器内流场进行分析的基础上建立了计算旋流器压降的分析模型,用来计算旋流器锥段的压降．分析表明：按本文计算的压降代表了旋流器内分离区将流体动能与静压能相互转换所需要的“有效”压降,而旋流器进口处的压降则表示实现流体流道的大小与改变所需要克服的压力损失,“有效”压降所占的比例越大,则表示旋流器的能耗越能有效地用于旋流器内两相液体的分离．通过计算数据与实测压降数据的对比发现,对于一定的旋流器管子以及一定的物料性质来说,锥段压降所占旋流器总压降的比例大体上保持不变,但当旋流器结构尺寸以及流体的物性发生变化时,这种比例会有较大的变化．     

流量差异和管径突变对立管流动状态的影响

为探究深海T型管流量差异和管径突变对立管管内流动特性参数的影响,以南海某油气田为研究对象,通过数值模拟的方法进行了研究。结果表明,立管管内流动状态受到水平管段内总流量影响,与其分支管段流量的关系不明显;当水平管段管径保持不变的条件下,在立管直径DC为0.03 m、0.06～0.12 m和0.24 m时,立管相关参数的变化规律不同;当立管管径发生突变时,管内流动参数的变化主要与其最小管径有关。     

分流孔直径对射流式液动锤性能的影响

为了对射流式液动锤内分流结构进行优化设计,应用CFD(computational fluid dynamics)动态分析技术,研究了分流孔直径对射流式液动锤冲击性能参数和射流元件喷嘴处过流断面平均流速的影响,并进行了实验验证.结果表明:不同分流孔直径条件下,冲击功理论计算值与实测值最大相对误差不大于10%,冲击频率理论计算值与实测值最大相对误差小于11.5%;冲击功随着分流孔直径的增大近似以抛物线形式下降;冲击频率和射流元件喷嘴处过流断面平均流速随着分流孔直径的增大近似呈线性下降趋势.该研究解决了此前在设计阶段无法计算分流条件下液动锤性能参数和射流元件喷嘴处平均流速大小的问题,可为油气钻井用射流式液动锤内分流结构的优化设计提供参考.     

U型管中单相液氮流的压降与传热特性

采用两种单U型管和两种多U型管,管径4～8 mm,曲率比8～15,对管中单相液氮流的压降和传热特性进行了实验研究.结果发现:无论是单U型管还是多U型管,在180°弯头内的当地传热特性与直管不同,壁面温度尤其是弯头后半段管的壁面温度明显下降,换热增大.对于单U型管,在弯头出口处换热系数达到最大;对于多U型管,换热系数沿程曲折增大,且在最后一个弯头出口处达到最大.基于Idelshik压降关联式,提出了单相液氮流在180°弯头内的摩擦压降关联式.新的关联式引入了离心力项,和实验数据良好吻合.     

外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性模拟

为进一步揭示外掠管束间蒸发冷却传热传质及压降特性,综合考虑了管束壁面水膜的形成及湿空气-喷淋水间传质过程,采用DPM(Discrete phase model)与水膜耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性分析模型。首先,采用文献实验数据验证了模型的可靠性,其误差在1%范围内;然后,采用模拟方法,研究了外掠管束间传热传质及压降沿竖直高度方向的变化特征。结果表明：由于湿空气焓差和饱和空气焓差的变化,导致传质系数沿盘管高度方向发生波动,但总体呈降低趋势;在同一工况下,湿空气焓差对传质系数的影响较大,传质系数的波动主要是湿空气焓变化造成的;外掠交错管束间喷淋水膜温度并非保持恒定不变,而是随盘管高度的降低而降低,即沿下落方向液膜温度逐渐降低;交错管束底部区域喷淋水蒸发量最大,沿盘管高度方向,喷淋水蒸发量降低;喷淋水发过程主要发生在管束表面及管束尾流区,通过在管束间增加挡板或者减小管间距,可以强化管束表面及尾流区流场扰流作用,增强喷淋水的蒸发冷却作用;交错管束间传热系数在换热盘管中间稳定区域变化较小,其受进气温度、喷淋水温度及相对湿度的影响较小;交错管束间压力...     

Characteristics of pressure drop for single-phase and two-phase flow across sudden contraction in microtubes

Single-phase and gas-liquid two-phase pressure drops caused by a sudden contraction in microtubes were experimentally investigated at room temperature and atmospheric pressure, using nitrogen and water. The experimental results on pressure drop with a novel measurement method, the tiny gaps on the tubes, were used to characterize the sudden contraction pressure drop for tube diameters from 850 to 330 μm. The ranges of the gas and liquid superficial velocity were 2.55–322.08 and 0.98–9.78 m/s in the smaller tube respectively. In single-phase flow experiments, the contraction loss coefficients were larger than the experimental results from conventional tubes in the laminar flow. While in the turbulent flow, the contraction loss coefficients were slightly smaller than those from conventional tubes and predicted well by K _c=0.5×(1−σ²)^0.75. In two-phase flow experiments, the slip flow model with a velocity slip ratio S=(ρ_L/ρ_G)^1/3 showed a good prediction that reveals the occurrence of velocity slip. An empirical correlation for two-phase flow pressure drops caused by the sudden contraction was developed based on the proposed contraction loss coefficients correlation for single-phase flow and Martinelli factor. Supported by the National Key Basic Research Program (Grant No. G2000026300) and Beijing Open Fund     

波纹管内层流脉动传热和阻力特性的数值研究

为探讨波纹管和脉动流同时使用能否实现复合强化传热的效果,利用计算流体力学软件Fluent数值模拟了波纹管在管内流体发生周期性速度变化条件下的传热和阻力特性．模拟的边界条件为：管壁温度293K;管内工质为水,入口温度333K,平均流速0．02m／s,脉动频率厂分别取2、4、5、8、10Hz,振幅A分别取0．2、0．4、0．6、0．8、1;出口压力为0．通过分析传热强化系数、沿程阻力增强系数、效应评价准则数,结果显示：管内脉动流既能强化波纹管的传热也会弱化传热;相比稳态流条件,传热最大能被强化约5．9％;脉动流会增大波纹管的沿程阻力;综合考虑传热的强化作用和流动阻力的增加,在A≥O．8且,≥4Hz条件下,管内脉动与波纹管能起到复合强化传热效果;脉动流条件下波节附近漩涡周期性的产生和消失是传热被强化和沿程阻力增加的主要原因．     

多孔介质流动显示与强化传热的实验研究

对添加挡流板、螺旋板及多孔介质的管束外掠流动的流型、流阻及其传热特性进行了实验研究。实验表明 ,直挡流板的管束流道由于存在滞留区 ,流阻高且不利于换热。螺旋板的管束流道的Nu比直挡流板高 79% ,而具有螺旋板和多孔介质组合的管束流道的对流换热系数比直挡流板高 94%。同时得到了最佳螺旋角和多孔介质的最佳孔隙率     

倾斜管中气－液两相流摩擦压降的研究

本文对倾斜管中气一液两相流摩擦压降进行了试验研究。试验参数为：系统压力０～０．６ＭＰａ，水流量０～４ｍ３／ｈ，空气流量０～４０ｍ３／ｈ。得到了计算倾斜管摩擦阻力的计算公式，所得计算结果与试验结果符合良好。     

内螺旋管金属氢化物反应器吸氢过程数值分析及优化

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,采用田口方法对内置螺旋换热管的氢化物反应器进行了优化研究。建立了金属氢化物反应器的三维多物理场耦合模型并采用COMSOL Multiphysics V4.4软件来求解。采用田口方法安排出具有代表性的螺旋结构参数组合,通过反应器模型计算得到各个组合的性能。结果表明：螺旋管的换热系数和换热面积都较大,因此内置螺旋管的氢化物反应器的性能较理想;随着螺旋数N和螺旋管直径do的增加,反应器的单位重量蓄热功率GHSR大大提高,而螺旋线直径D对反应器性能影响很小;最优的螺旋管参数组合为：D=32mm、N=6和do=8mm,相应的GHSR达到62.90W/kg。     

螺旋翅片管结构对锅炉省煤器性能影响的研究

介绍了螺旋翅片管在电站锅炉省煤器的改造和设计中的应用情况.研究了螺旋翅片管省煤器的传热、阻力特性、结灰和磨损等方面的机理.分析了螺旋翅片管的直径、翅高、翅间距、翅厚、管间距等参数和管束布置方式对省煤器的传热、阻力特性、结灰和磨损等方面的影响.     

随机排列纤维过滤器颗粒捕集特性的数值研究

结合Matlab软件和数值计算前处理软件Gambit中的Journal文件建立了随机排列纤维过滤器模型,利用计算流体动力学（CFD）技术对4种随机排列纤维过滤器内部气-固两相流动特性进行数值研究,并将数值计算值和经典模型及实验关联式进行了比较。结果表明：利用论文提出的建模方法可以得到与实际纤维过滤器相似的模型。过滤器压力损失的数值计算预测值和实验关联式吻合较好,误差均在2%以内。不同结构过滤器收集效率的数值计算结果和理论模型的趋势基本一致,且不同粒径范围的颗粒收集机理也不同。对于小粒径颗粒（dp〈0.5μm）,主要由布朗扩散起作用,dp〉1.5μm时,惯性碰撞贡献较大,当0.5μm≤dp≤1.5μm时,2种机理作用都较弱。另外,纤维直径和纤维填充密度分布会影响纤维过滤器的过滤性能,论文中,结构1（纤维直径和填充密度沿气流方向减小）的过滤器和结构3（纤维直径和填充密度沿气流方向增加）的收集效率高于结构2（在气流方向上纤维直径减小而填充密度增大）和4（在气流方向上纤维直径增大而填充密度减小）,而压力损失则恰恰相反。结构1在大颗粒的收集上好于结构3,对于小颗粒则正好相反。结构4对于所有类型的颗粒的收集都要好于结构2。     

纳米颗粒形状对螺旋管强化传热的影响

采用欧拉-拉格朗日两相法研究了螺旋管内不同形状纳米流体的传热性能。分析了纳米颗粒形状对螺旋管内传热强度、压降、热力性能的影响。研究结果显示:不同颗粒形状对螺旋管内纳米流体传热强度和压降的影响趋势一致,即传热强度和压降由高到低的顺序为血小板形、圆柱形、刀片形、球形、砖形;在颗粒球形度一定时,粒径越小,传热强度越大,压降也越大;血小板形纳米流体的热力性能优于其他颗粒形状,其在Re为1 750时热力性能系数达到最大值1.11。