超临界裂解煤油的并联通道流量分配特性研究

以周向热流分布极为不均匀的RBCC发动机为应用背景,采用经过校验的高精度数值仿真方法,基于超临界裂解煤油开展了并联再生冷却通道流量分配特性的三维数值模拟研究,分析了壁面热流强度、非均匀热流以及入口集液腔对并联再生冷却通道流量分配特性的影响规律。结果表明,当均匀热流条件下的热流强度增大时,分支管不均匀分配特性增强,但是当壁面加热量使得给定质量流率的煤油出口温度大于完全裂解温度时,非均匀分配特性有所缓和;壁面非均匀加热时,会造成分支管流量不均匀度急剧增大,且热流越大的分支管对应的质量流量越小,进而增大了该位置发生壁面超温的可能性,在热流相差仅0.25 MW/m2时,分支管热流相差最大为33.2%;通过增大入口集液腔流通面积可以改善并联分支管的流量分配特性,但是同时也会带来换热效率降低和压降增大的影响,在所研究工况中,入口集液腔为分支管总流通面积的4倍时,可以得到一个较好的流量分配特性。     

段塞流从单管流入并联分离器的分流实验研究

为了研究油气集输系统中并联分离器出现的气液偏流现象,自主设计并搭建了气液两相流分流实验系统。该实验系统中采用数据采集系统对流量、压力、压降、液位、持液率等多种实验参数进行记录。设计了两种结构的气液分流管路,并在两种管路结构（水平管⁃T型管⁃水平管结构与水平管⁃T型管⁃立管⁃水平管结构）下进行了段塞流分流实验,分别研究了对称管路条件与非对称管路条件下的气液分流特性。实验结果表明,两种管路结构下,当管路条件对称时,在实验流速范围内,段塞流的气液两相等流量分配到两台并联分离器内;对于实验中的两种管路结构,分离器气相出口管路条件的不对称会引起气、液两相的偏流,且液相的偏流程度均小于气相。基于压降计算建立了非对称条件下气液两相流的分流模型,对气液流速对分流特性的影响进行了简单解释。     

并联管系统中气－液两相流分配特性的实验研究

通过对由联箱连接的Ｚ－型和Ｕ－型系统中的并联分支管束中的两相流流动的分配特性的试验研究，找出了各分支管中两相流的总质量流量和气相质量流量的分配规律，并分析了引起流量分配不均的原因     

并联管系统中气—液两相流分配特性的实验研究

通过对由联箱连接的Ｚ－型和Ｕ－型系统中的并联分支管束中的两相流流动的分配特性的试验研究，找出了各分支管中两相流的总质量流量和气相质量流量的分配规律，并分析了引起流量分配不均的原因。     

反应气体流量对PEM燃料电池内部电流分布的影响

电流分布是PEM燃料电池的一个重要性能指标,在线测量电流分布有助于理解电池中的传递现象以及优化电池结构和操作参数.采用电流分布测量垫片技术,实验研究了反应气体流量对单蛇形流场PEM燃料电池内部电流分布的影响.实验结果表明,氢气或空气流量不足时电流密度沿气体流动方向降低;增大气体流量既有利于提高各区域的局部性能,又有利于电流密度的均匀分布.但当氢气流量增大到一定程度后,继续增大氢气流量对电流密度分布和燃料电池性能没有显著影响.     

气体流量对PEM燃料电池电流密度分布的影响

气体流量对质子交换膜(PEM)燃料电池的性能和运行成本具有重要的影响.利用燃料电池电流密度分布测量垫片对PEM燃料电池的电流密度分布进行了测量,分析了氢气流量和空气流量对其性能的影响.实验显示空气流量不足时,PEM燃料电池中所有局部电流密度都较低;增大空气流量,所有局部区域的电流密度都均匀增大;氢气流量不足时,入口附近局部电流密度较大,而出口附近局部电流密度几乎为零,电流密度分布曲线中出现局部电流密度快速降低区;增大氢气流量,入口附近局部电流密度增大,局部电流密度快速降低区域向气体出口处移动;当氢气流量大于120 sccm后,局部电流密度几乎不变;实验结果对PEM燃料电池操作参数和性能的优化具有重要的参考作用.     

多并联分支管联箱气液两相流流量分配的研究

在气液两相流动和流量分配实验台上,对加装笛形管均流器和不加装笛形管均流器的径向引入双入口联箱的分配特性进行了实验研究。实验结果显示,未加装笛形管均流器的联箱发生了严重的气液两相箱分配不均的问题,相分离现象明显。而加装笛形管均流器的联箱两相分配趋于均匀。研究了入口干度对联箱流量分配的影响,发现未加装笛形管的联箱在入口干度较低的时候流量分配不均的现象最为严重,随着入口干度的增加,个别分支管的流量偏差逐渐减弱。而加装笛形管均流器的联箱流量分配特性较为稳定,标准流比偏差系数始终维持在较低水平。     

地铁专用间接蒸发冷却器布水方式优化

为了解决常规间接蒸发冷却器由于表面水膜均匀性、完整性差而导致换热效率低的问题,提出了两侧旋转布水间接蒸发冷却器,进行了3种布置方式下的换热性能实验,运用正交实验对影响换热器性能的因素进行研究,研究表明:开孔正对气流方向时换热器换热性能最佳,且旋转布水装置存在最佳转速76 r/min,喷水量、空气流速、冷却水流量、冷却水进口温度的增加使换热器的换热量增大,喷水温度、空气温度的升高使换热器的换热量减少,其中冷却水进口温度的改变对换热性能的影响最为显著,温度由35℃上升到39℃时,换热量提高37.62％,单位面积换热量为1.14 kW,该换热器可安装于地下车站排风坑道内,可有效地解决地铁站冷却塔安装位置难题.     

竖直管降膜蒸发器冷膜成形及流动特性数值模拟

对单层布液盘和锥形插件组合作用下的多管管束的流动特性和成膜过程进行了CFD数值模拟。采用VOF多相流模型和RNG k-ε湍流模型,三维双精度求解,以空气和水作为工质,边界条件设置为速度入口和压力出口。通过管内液膜形成、出口截面液相分布、降膜管进出口流量变化等方面研究表明,带插件的布液器能很好的改善布膜的均匀性和稳定性。基于液相体积分数,计算分析了管内液膜平均厚度及平均流速,在流量达到一定值时,液膜厚度趋于定值1.28 mm左右,继续增大流量,流速会成比例增加,不利于连续液膜的稳定,也不利于介质在降膜管内的充分蒸发。     

再生冷却通道内碳氢燃料流量分配及传热特性影响研究

以液体火箭发动机再生冷却技术为背景,采用数值模拟方法对Z-type型并联通道碳氢燃料流量分配特性进行了研究,基于流/固/热耦合方法分析了流量和热流密度对传热特性的影响,结果表明:相同热流条件下,随着流量增加,冷却剂出口温度降低,流量分配不均匀度系数略有下降,但差别不大;相同流通面积下,随着流量的增加,冷却剂流动速度增大...     

金属丝网错流旋转填料床脱除胶清中氨的性能

应用金属丝网错流旋转填料床对天然胶清中的氨进行空气吹脱脱除.通过正交实验和单因素实验考察了显著性影响大小和影响规律,并得到最佳操作条件.正交实验显示:显著性影响依次为气体流量G原料氨含量x_w液体温度T_L超重力因子β进料流量L气体温度T_G.单因素实验显示:脱氨率η随着G,T_L,T_G的增大而增大,随着L的增大而减小,随着β的增大而先增大后减小,气相体积总传质系数k_ya_e有相同的变化规律.应用无因次分析法,建立了超重力胶清脱氨过程中各影响因素对脱氨率影响的数学模型,其相关系数R~2大于0.95,最大偏差9.72%,平均偏差4.88%,说明该关联式与实验数据基本吻合.与传统胶清脱氨方法对比,超重力法具有脱氨率高、易于氨气回收等优点.     

水平管降膜蒸发器管束结构优化数值模拟

摘要本文采用数值模拟方法,通过观察不同条件下液膜流动状态以及计算相应状况下的液膜厚度,研究水平管降膜蒸发器管外液体流动的影响因素并对管束结构进行优化.计算结果表明:旋转三角形管束布置有利于在传热管上形成稳定的液膜,而三角形管束布置有利于传热管上液体的混合;管间距和液体的初始流速对降膜蒸发器管外液体流动有重要影响,随着管间距的增大以及液体初始流速的减小,管束中呈现柱状流的管排范围减小.     

电解制氧槽试件微柱群单相流场PIV测试

安全稳定的电解水制氧装置是中长期载人航天的重要保证,为保证固体聚合物电解池(SPE)电解质的安全工作温度,利用激光粒子图像速度场测量(PIV)系统对电解制氧槽试件微小方柱群流场进行试验研究,设计电解槽试件及其流量流场控制测试系统,讨论试件流场PIV测试方法及试验参数设置,得到不同流量下微小尺寸方柱群流道内流速的矢量图.结果表明:试件内流场流速很低,各流量下柱群区的流速量级为10-3m/s,柱群区以纵向流动为主,该结构各流道中流量分配不均,试件内流场分布的不均匀性随流量增加而加剧.改进试件内部水进入流道的入口形式及各横向流道的入口形式,并适当增加周边沟槽流道的阻力,可增加试件内流场分配的均匀性.     

地铁用间接蒸发冷却器换热性能影响因素

为解决地铁站冷却塔设置难题,提出了一种采用低速电机驱动旋转布水装置的间接蒸发冷却器,在两种布置方式下,对其换热性能进行了单因素实验,并运用正交实验法对较优布置方式下影响换热器换热的因素进行了分析。结果表明：两种布置方式下,喷嘴与蒸发冷却器的间距、两组换热管束间距均存在最佳值,喷嘴双侧旋转布水优于单侧旋转布水;换热器平行气流布置且喷嘴双侧旋转布水为较优布置方式,此时,换热器换热量随喷水量、转速、空气速度、冷却水进口温度的增加以及喷水温度、空气温度的降低而增大,其中,冷却水进口温度对换热器换热影响最为显著,其他因素对其换热的影响从主到次顺序为：喷水量、空气温度、空气速度、喷水温度、转速、冷却水流量。     

多级离心泵级间导叶影响的CFD模拟

为了研究多级离心泵内部各级间的相互作用与影响,采用RNGk-ε紊流模型,基于CFD方法借助CFX软件求解雷诺时均N-S方程,对多级离心泵内部流动进行三维流动数值模拟,获得了多级离心泵内部流场,分析了多级离心泵流道内的瞬时流动特性.模拟结果表明:流型的均匀性对离心泵各级效率有明显的影响;首级叶轮室进口断面的流速分布对整体多级泵叶轮径向力的不平衡分布影响甚大,在设计工况下,随着离心泵叶轮级数的增加,叶轮室进口断面旋度增大,多级泵的效率也随之降低,叶片径向力逐渐增大;多级离心泵内各级叶轮进口旋度随流量增大而增大,而叶轮径向不平衡力随流量减小而增大.通过对多级离心泵内部流动特性进行三维数值模拟,掌握多级离心泵内部流动规律,可以为离心泵的水力优化设计等提供理论指导.     

不同进料方式下气液喷射器内流体流动和混合特征

利用Fluent模拟了喷射器内气液两相在不同进料方式下(气体进口中心线与液体进口中心线偏移量不同)的流体力学和混合特征。其中A方式偏移2.5 mm;B方式偏移0 mm;C方式偏移4.0 mm,此时气体与液体完全相切进料。结果表明:在相同的喷嘴速度时,A方式下喷射器压力降与空气卷吸量最大,C方式下气体和液体的碰撞机会少于其他进料方式,压力和空气卷吸量最小,B方式下喷射器压力降与空气卷吸量居中;而混合效果随着偏移量由大到小(C、B、A)依次增强,但是增强效果不很明显。同时,还以C方式为例讨论了喷射器内喷嘴速度与压力降及空气卷吸量的关系,两者都随着喷嘴速度的增大而增大,且喷射器的压力降与空气卷吸量呈显著的线性相关,相关系数高达0.984。根据模拟结果分析,当3种进料方式压力降相同时,C方式气体卷吸量最大,即相同喷射性能时C方式的能量损失最小。     

变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能实验研究

设计了一种用于液固循环流化床换热装置的变孔径颗粒分布板,在具有18根换热管的实验装置上,利用自行研制的CCD图像采集系统对安装该分布板的颗粒分布性能进行了测试,考察了颗粒体积分率、循环流量等对颗粒分布性能的影响.实验结果表明:在流化床的进口段管箱内安装变孔径分布板时,随着固体颗粒体积分率的增加,颗粒浓度径向分布明显趋于均匀;在同一分布板安装高度下,大流量更易于实现颗粒的均匀分布,并且使得颗粒流速在床层截面的径向分布较为均匀.结果证明变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能优良,为液固循环流化床换热装置的工程设计提供了参考.     

全尺寸大面积PEMFC模拟及应用研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中传输现象及电化学反应是一个多维、多相、多尺度的动态复杂过程。与超算中心合作,利用CFD软件,对具有实际流场结构的全尺寸大面积PEMFC进行模拟,研究了流场结构对反应气体、水浓度、电流密度等的分布状态的影响,以及气体加湿度、操作压力和进气方式对电池性能的影响。结论认为,在正常条件下运行时,阴极流场板空气供应决定着催化层电化学反应的速率,因此以阴极流场板气体分布均匀性考察电流密度分布的均匀性,而不求解电化学方程,在一定条件下是简单、可行同时合理的。沿阴极流动方向,流速逐渐增加,流道内液态水体积分数逐渐增大,催化层内的电流密度和温度则逐渐减小。增加背压可以显著提高电池性能;阴极气体湿度在50%时电池性能最好。研究结果应用于25kW电堆的制造与运行,效果良好。     

风道入口段的数值模拟及优化设计

根据某工程双吸离心风机风道布置的特殊要求,采用单吸风口、双出口的风道结构。为了保证风机2个进风口空气流量分配的均匀性,利用计算流体力学软件对风道内流动进行了数值模拟。通过模拟结果发现,风道入口的湍流区对出口流量分配影响明显,需要对入口处的空气流动采取导流措施。计算结果显示,优化入口风道结构后,双出口流量分配达到了很好的均匀性。     

生物滴滤塔处理"三苯"废气的影响因素研究

采用装有ZAT-2型专利填料的生物滴滤塔反应器,进行"三苯"废气处理的连续流实验研究,以探明"三苯"(苯、甲苯、二甲苯)废气生物处理过程中的影响因素.结果表明,影响生物滴滤塔处理"三苯"废气的主要因素有入口气体浓度、气体上升流速和喷淋液体流量.在温度为20～25℃、pH值为6.3～6.9时,可获得"三苯"废气的最大去除量,此时影响因素应符合下列条件苯、甲苯和二甲苯的入口气体质量浓度分别为2.140、2.026和2.017 mg/L;气体上升流速为78.6 m/h;喷淋液体流量为25L/h.此时"三苯"的去除量分别为苯1.36 kg/(m3@d),甲苯1.36 kg/(m3@d),二甲苯1.24 kg/(m3@d).