热交换器的新计算法

当分析固定无机介质中的单独微粒自由运动时,判明阻力系数ψ可从说明该现象的方程式内去掉,因为有关此系数的概念在某些情况已徒具形式。 近来,当研究管内流体摩擦压力损失时证明,《阻力系数》λ亦宜从计算关系中去掉,因阻力系数的项目不尽合理。 上述准数计算方程式和曲线可简便地确定沉降速度(以及微粒的直径)或摩擦压力损失,且有共同的形式。     

天然橡胶干燥气流分布的均匀性研究

借助Fluent软件,建立了不同工况状态、不同胶层厚度和不同流道的天然橡胶干燥模型,模拟了气体的流动状况。根据胶层表面压差和中心面竖向速度的分布情况,分析了相应模型气流分布的均匀性。结果表明：矩形流道模型,胶层表面压差沿流向逐渐增大分布,导致了穿过橡胶层气流分布的不均匀,气流量越大、干燥阶段越往后,气流分布的不均匀性越明显;梯形流道模型,不同胶层厚度的流体分布规律基本一致,在斜面斜率最大时,气流均匀化效果较优;干燥状态一定时,组合模型两段斜面的合理设置,气流分布的均匀性进一步提高;相对整个干燥过程而言,梯形流道⑤模型气流分布的整体均匀化效果比斜面组合②模型的更好。     

棒束通道内自然循环流动阻力特性

在自然循环条件下,进行了棒束通道内的流动阻力特性实验研究。结果表明,棒束通道内的流动摩擦阻力系数小于Cheng&Todreas关系式的预测值,且转捩现象不如圆管明显,转捩点Reynolds数为800左右。根据实验结果拟合了层流区的摩擦阻力系数计算关系式,该关系式仍然符合圆管中层流摩擦阻力系数的计算形式。另外,棒束通道的流动在自然循环条件下仍具有宽广的过渡区。通过实验还发现,加热段的热通量会影响棒束通道的摩擦阻力,摩擦阻力系数随热通量的增大而减小,并根据实验结果提出了不同热通量下摩擦阻力系数的黏度修正计算式。棒束定位格架的局部阻力没有明显的转捩现象,并根据局部阻力系数的变化规律拟合了Re < 1500和Re > 2000时的局部阻力系数计算关系式。     

棒束通道内自然循环流动阻力特性

在自然循环条件下,进行了棒束通道内的流动阻力特性实验研究。结果表明,棒束通道内的流动摩擦阻力系数小于ChengTodreas关系式的预测值,且转捩现象不如圆管明显,转捩点Reynolds数为800左右。根据实验结果拟合了层流区的摩擦阻力系数计算关系式,该关系式仍然符合圆管中层流摩擦阻力系数的计算形式。另外,棒束通道的流动在自然循环条件下仍具有宽广的过渡区。通过实验还发现,加热段的热通量会影响棒束通道的摩擦阻力,摩擦阻力系数随热通量的增大而减小,并根据实验结果提出了不同热通量下摩擦阻力系数的黏度修正计算式。棒束定位格架的局部阻力没有明显的转捩现象,并根据局部阻力系数的变化规律拟合了Re1500和Re2000时的局部阻力系数计算关系式。     

离心型径向固定床分气流道内局部动量交换系数

针对离心型径向固定床气体流道内变质量流动特点,在一套冷模实验装置上,分别采取Π型和Z型操作模式,测量并分析了两气流道内压力分布,发现分气流道内的压力沿气体轴向流动方向呈增加趋势,集气流道与之相反。根据颗粒床层压降分布不均匀度和采用Ergun方程求得的径向气速轴向分布,发现离心Π型均略优于离心Z型。通过对气流道内微元控制体进行流量和动量衡算,由颗粒床层径向气速轴向分布可依次得到分气和集气流道内气速、局部动量交换系数计算方程。相较于集气流道,分气流道内动量交换系数对压力测量误差的敏感度较小。分气流道中,整体动量系数几乎不随操作模式、气体流量和轴向位置发生变化;而局部动量交换系数仅是流速比u/u0的函数,随流速比增大先降低后保持稳定。根据实验结果,回归得到的分气流道局部动量交换系数计算方程的误差在11%以内,有望为气流道内局部压力计算和结构优化设计提供参考。     

环形分布器内变质量流动的CFD模拟研究

环形分布器是实现导热介质在列管式固定床反应器壳程均匀流动的关键部件,文中采用计算流体力学方法(CFD)对环形分布器内的变质量流动进行了模拟研究。首先计算了环形通道内的速度和静压力分布,在此基础上研究了穿孔阻力系数随开孔几何结构以及入口流体流速的变化规律。模拟结果表明:环形通道内存在较明显的速度梯度和压力梯度;随着流体不断分流,在流道内的流动速度不断减小,静压力逐渐增大。因此,需要沿流动方向将开孔直径逐渐减小,以增大穿孔阻力,从而实现流体的均布。对穿孔阻力系数变化规律的研究结果表明:穿孔阻力系数ξ与出口和主流道的流速比ui/u、厚径比δ/di和入口雷诺数Re0有关。在模拟范围内,ξ先随ui/u的增大而减小,到达一个临界值后,ξ不再随ui/u的增大而变化;δ/di对ξ影响不太明显;当Re0属于湍流范围时,ξ随Re0的变化不太明显,但是总体随Re0的增大而减小。     

板翅式换热器二相流的分配特性

为了提高板翅式换热器内部二相流体分配的均匀性,对二相流体在结构改进前后的换热器内的分布特性进行了实验研究。实验结果表明,由于现有换热器结构设计的不合理,使得二相流体分布极不均匀。而且,由于二相流体之间复杂的相互作用,二相流体在换热器内的分布较之单相流体更复杂且更不均匀。而改进型的孔板封头结构可有效提高换热器外围通道的流体分配,从整体上改善板束单元体截面二相流体的分布,其二相分布的不均匀系数均有效降低。而且,其分配稳定性好,不易受雷诺数变化的影响。     

基于FLUENT的板翅式换热器平直翅片数值模拟

为了对比板翅式换热器不同平直翅片的换热性能,采用CFD软件FLUENT数值模拟计算方法,研究了空气在三角形和矩形不同结构参数翅片中的表面传热与流动阻力特性。揭示了2种形状不同结构参数翅片中流体的速度对翅片表面换热因子和翅片表面摩擦因子的影响规律;并用CFD-Post分析了各参数在翅片中的分布情况。结果表明:在所有翅片中,翅片表面换热因子和翅片表面摩擦因子都随着流体速度的增大而减小;在三角形翅片中,翅片表面摩擦因子由翅顶部位对称向翅底两端均匀递减,在翅底两端最边缘附近分布最小;在矩形翅片中,翅片表面摩擦因子在翅片中部分布比较均匀,在翅片两端最边缘附近突然变小。     

空气冷却器并联椭圆管组内水流流动的数值模拟

本文对并联椭圆管组内的水流流动进行了数值模拟。计算了三种不同集箱进出水方案的流动特性,分析了不同水流量对管组流量分配的影响。方案A,上集箱左侧进水,下集箱右侧出水。方案B,上集箱中部进水,下集箱中部出水。方案C,上集箱两侧进水,下集箱两侧出水。计算结果表明,流量分布均匀性方面方案C为最优方案。总流量较小时,流量分配均匀性较好,方案C流体压降最低。     

微小三角形槽道内电渗流动特性分析

提出了微小三角形槽道内电渗流动理论计算方法,通过Galerkin法计算并分析了其内部的电势及速度分布,获得了温度、槽道尺寸、外加电势的电场强度、ζ电势以及电解质浓度对微小三角形槽道内电渗流动的影响规律。计算结果表明：微小三角形槽道内液体的质量流量随ζ电势、电场强度、流体温度及电解质浓度的增加而增加,随微小三角形槽道尺寸的增加先增加后减小。     

径向流固定床反应器的流动特性研究及结构参数的合理选择

径向流固定床反应器的操作状态和反应效果在很大程度上取决于反应器内穿越催化剂床层径向气流沿反应器轴向分布的均匀程度，亦即床层内催化剂负荷的均布程度。本文对此类反应器内的流动特性进行了研究，对立了描述反应器内流动规律的基本运动方程。研究结果表明，径向气流的轴向分布情况与反应器的流动结构型式、反应器内分流流道与合流流道截面积的比值、催化剂床层的阻力系数以及反应器的高径比等参数有关。并提出了如何合理选择反     

基于气流均匀分配的下进风袋式除尘器灰斗结构优化

采用计算流体动力学软件Fluent对袋式除尘器内部流场进行三维数值模拟,提出3种优化灰斗结构模型,得到除尘器灰斗内部的气流流场分布特征,将其与原灰斗结构的气流分配效果对比.结果表明,原灰斗结构气流进入灰斗后形成一股冲击射流,在选取的监测面上速度最大为8.3 m/s,最小仅为0.5 m/s,速度分布均方根值高达0.99,速度在监测面上分布极不均匀;3种优化结构中袋室内气流均匀性均比原灰斗结构显著改善,在灰斗内添加导流装置可提高气流分配的均匀性;3种优化结构中,添加竖直导流板的灰斗结构对改善气流分配均匀性最明显,比原灰斗结构流动均匀性提高了41.41%,而考虑射流偏转添加倾斜导流板或翼板的优化结构与竖直导流板相比流动均匀性无显著变化,灰斗内部射流偏转对流场分布的影响可忽略.     

内插扭带强化换热过程及最佳螺距研究

与普通换热管相比,内插扭带传热管内由于螺旋涡的存在,使管内介质压力梯度增加、流速加快,从而提高管内传热系数。采用了FLUENT数值模拟计算,以水为管内流体介质,对内插扭带管进行传热特性分析。结果表明,随着雷诺数增大,努塞尔数呈直线增大,而摩擦阻力系数呈指数型减小;并且在相同雷诺数条件下,内插扭带管的摩擦阻力系数和努塞尔数均大于光管;通过综合因子评价方法确定了内插扭带强化换热的最佳螺距为50 mm,并且该方法适合于小雷诺数流动条件下的强化换热。     

侧进风盐泥干燥室的流场仿真及结构改进

为解决侧进风盐泥干燥室内干燥不均匀问题,采用数值模拟、实验研究的方法进行结构改进。基于标准k-ε模型和多孔介质模型对干燥室流场进行数值模拟,测量了风速及干燥后盐泥的含水率,根据结果对干燥室结构进行改进。结果表明：原结构干燥室内热风流动的动力来源主要依靠初速度,在干燥室内流动扩散并产生各种扰动,气流不均匀系数较大,干燥后的盐泥含水率较高且不均匀;改进结构后的干燥室内部形成的压力梯度成为热风流动的驱动力,使热风穿过盐泥层向上运动,气流不均匀系数小,干燥后的盐泥含水率低且较为均匀。对比原结构,改进结构后的干燥室内部气流不均匀系数至少下降27.6%,干燥后的盐泥含水率下降4.48%,含水率不均匀系数下降8.4%。     

三角形螺旋流道充分发展层流流体的流动性能

基于角钢螺旋夹套,展开了对三角形螺旋流道层流流动性能的实验和数值研究。经对比,同一模型下的实验结果和模拟结果吻合良好。采用数值方法得到了充分发展状态下流体的主流速度、二次流速度、流函数及涡量的分布特点,分析了三角形边界上局部阻力系数的分布规律,并与半圆管螺旋流道进行了比较。结果表明：在所研究的Dean数及量纲1曲率（k）内,流道横截面上的二次流为稳定的两涡结构,内、外壁面局部阻力系数的分布明显不同,外壁面局部阻力系数的平均值约为内壁面阻力系数平均值的1.54～2.72倍;随着Dean数及k 的增大,二次流动增强,内、外壁面阻力系数均增大;对于量纲1挠率及Dean数均较小的三角形螺旋流道,挠率对流体流动的影响很小;通过对比,两种流道具有相同内壁面面积、曲率半径、螺距及Reynolds数时,三角形螺旋流道的流动阻力小于半圆管螺旋流道。     

黏度随温度变化对三角形螺旋夹套内湍流流体流动及换热的影响

考虑受热流体黏度随温度变化的影响,对三角形螺旋夹套内流体湍流换热进行了数值模拟分析。经与实验结果比对,证明了模拟方法可靠。基于模拟结果重点分析了受热流体黏度变化对流道内流体流动和换热特性的影响,剖析了受热流体的截面平均流动阻力(fRe_m)和平均Nusselt数(Nu_m)沿流动方向的发展特点,并比较了不同流动参数和不同结构参数下流道内受热流体定黏度和变黏度时流体总流动阻力和传热系数的差别。结果表明:考虑流体黏度随温度变化时会明显影响三角形螺旋夹套内流体的流动和换热特性。对比两种流体fRe_m和Nu_m沿流体流动方向的发展过程发现,在早期、中间和后期发展3个阶段中,后期发展阶段中两种流体的发展趋势明显不同;相同来流条件和热边界条件下,与定黏度流体相比,同一横截面上变黏度流体各点的局部流动阻力较小,而局部Nusselt数却较大,因此变黏度流体总的流动阻力较小,而总的传热系数较大;Reynolds数越低,流道量纲一曲率越小,变黏度受热流体的流动和换热性能与定黏度流体流动和换热性能相比差异愈明显,则考虑流体黏度随温度变化对流体流动和传热的影响更为重要。     

锌溴液流电池通道的计算流体力学模拟

针对不同类型的锌溴液流电池通道,利用流体力学计算软件 FLUENT对流体的流动状态进行了模拟。结果表明,在相同流速条件下,直角通道和弯角通道流体的局部流速最大值都出现边壁突变处;在液流电池反应区,流体的局部流速和湍流程度的分布存在不均匀现象。通过改变进出反应区的分流通道数量和结构,可以使电解液在反应区流动均匀,改进整个流动体系的传质性能,进而使锌溴液流电池电堆的充放电性能得到提高。     

微细平行流通道换热器流量均布性试验研究

以水为工质,用试验的方法研究了不同进出口结构和Re数下微细平行流通道内流体的流动,使用高速摄影系统拍摄,得到流体在Z型和U型微细通道内的流动情况,并通过Image-pro plus软件提取各通道流体的流速。结果表明:在试验涵盖Re数下,Z型和U型结构换热器流量分配均匀性随着Re数的减小而变好,其中Z型换热器的整体流量分配均匀性提高了约80.4%,U型换热器的整体流量分配均匀性提高了约64.3%;进出口结构对微细平行流通道的流量分配和压降有很大的影响,Z型换热器整体均匀性比U型换热器高约2%—44%,Z型换热器进出口压降比U型减小了约1.2%—19.9%。因此Z型换热器的综合性能更好。     

SV型静态混合器湍流阻力的初步研究

为了获得流体在SV型静态混合器中湍流流动时的流动阻力规律,提出一种新的含有SV型静态混合器重要几何结构参数的流体阻力计算模型。对于不可压缩流体,将其在SV型静态混合器中的运动分解成沿管壁与轴线方向平行和沿混合元件凹槽方向的直线运动。运用流体力学理论,分别求解出流体作2种运动时所产生的湍流流体阻力的计算式,并计入相邻混合元件交接部分的局部阻力,然后进行叠加得到流体阻力理论计算式。以水为实验介质,对SV型静态混合器流体湍流阻力进行了实验测量,与理论结论进行比较分析,得出摩擦因子λ与Re-0.2呈线性关系的结论。     

凹槽表面的流动与传热特性

采用大涡模拟对底面为凹槽的矩形通道内湍流流动与传热特性进行了研究,为验证所采用数值方法的准确性与可靠性,将平直矩形通道内模拟结果与文献中的直接数值模拟结果进行了比较,换热面Nusselt数与采用Dittus-Boelter公式计算所得Nu进行了比较,计算误差小于5%。以凹槽表面为底面的矩形通道的数值模拟结果表明:通道底面的凹槽结构改变了凹槽表面处流动结构,不同的凹槽高度和长度对流动阻力和换热效果的影响不同,在特定的几何参数下,与平直矩形通道相比,凹槽表面时均Nusselt数提高了近50.5%,时均摩擦阻力系数减小了近35.17%,综合系数增加了73.89%。通道内的流动结构显示:凹槽表面附近存在流体垂直流向壁面区域,在垂直流动区域内流体出现前、后分流,分流位置处Nusselt数增加明显,摩擦阻力系数没有明显增加,其综合流动特性最好。