循环流化床换热器中液固二相流的数值模拟

在循环流化床换热器的流体中加入固体粒子,可以对边界层有扰动作用,加快换热器中的传质与传热.对流化床换热器中的液固二相进行数值模拟,分别讨论了固体粒子对液体动量方程、k-ε方程及能量方程的影响,在单液相方程的基础上进行修正,建立了相应的液固二相流控制方程,确定了物理模型及边界条件.利用FLUENT进行数值计算,分别讨论了...     

流化床液固两相传质过程的模拟研究进展

液固两相流化床具有液固相接触效率高、传质和传热性能好、颗粒分布均匀等优点，已被广泛应用于众多工业过程中。然而，流化床中与传质过程耦合的颗粒流化的复杂非线性特征及其湍动特性，使得对传质过程特性的研究十分困难。且仅依靠实验观测和理论预测难以揭示多相流相互作用规律，无法获得全面和详细的速度场和浓度场分布情况。近年来，数值模拟的快速发展为深入探索流化床中液固两相流动行为及其与传质过程耦合问题提供了重要的途径。本文对流化床液固两相流动与传质过程模拟方法进行了综述，并对其未来研究趋势进行了展望。借助于计算传质学理论可以更精确地预测局部浓度的分布情况，进而可以深入分析液固两相流化床中的传质过程规律与传质特性，为液固两相流化床的设计和优化提供理论基础。     

气-液-固磁稳定床研究进展

综述了气-液-固磁稳定床的研究进展,涉及流体力学特性、传质过程、返混与扩散等.兼有固定床和流化床优点的磁稳定床具有压降低,传质系数高等优点,已在石油、化工及环境等领域获得了应用.指出今后应加强气-液-固磁稳定床的传热特性与传热机理、传质机理、流场模拟技术、固相摆动速度及其对流动、传热和传质的影响、局部流动稳态与瞬态性能、工业反应器用磁场发生装置优化设计的研究.     

绕管式换热器壳侧降膜流动和相变传热的数值模拟

为了定量描述绕管式换热器壳侧降膜蒸发特性并进而优化换热器结构,建立了绕管式换热器壳侧降膜蒸发过程流动与传热的数值模型。首先对降膜流动过程中流型变化和传热传质机理进行分析;通过对降膜流动过程液膜所受表面张力、重力和剪切力的计算,实现层状流、柱状流和滴状流等不同流型的模拟;通过管壁面和气液交界面的组分守恒建立降膜蒸发过程的传质子模型,并基于传质速率计算得出潜热传热速率。将数值模拟结果与已有文献中实验数据进行了对比,结果显示89%的模拟数据与实验数据偏差不超过25%;模拟结果与实验数据吻合较好。基于提出的模型,对不同工况下的绕管式换热器壳侧降膜蒸发传热传质规律进行了分析。     

分布板对液固流化床换热器颗粒分布的影响

以三维Navier-Stokes方程为控制方程,结合k-ε二方程湍动模型,以直径为1 mm刚玉球作为颗粒相,水为流动相,采用隐式有限体积法对流化床换热器内的液固二项流动进行数值模拟.研究了换热器下管箱安装分布板与否及分布板板面结构形式对颗粒分布的影响,并通过下管箱内压力分布的实验结果对所采用的数值计算方法进行验证.结果...     

汽液固三相流化床沸腾传热的研究

对垂直管内汽液固三相流化床沸腾传热特性进行了实验研究和理论分析,建立了沸腾传热的计算方法.实验结果表明,由于固体粒子的存在,强化了沸腾传热.传热系数比汽液两相流提高2倍左右.沸腾过程的稳定性明显提高.     

LDCT及其在气液两相流传热研究中的应用

介绍了极限扩散电流技术(LDCT)的基本原理及其在气液两相流研究中的应用.该技术利用置于电解质溶液中的电极间处于扩散控制的氧化还原反应,直接测得液固传质系数,经三传类比,可获得单相液体与气液两相流传热的特性.由于LDCT电极可制成微小尺度,并可进行瞬时值的测量,故可进行传质与传热局部值与瞬时值的测量,在气液两相流这一复杂系统传递特性的深入研究中,可成为一个十分有用的测试技术.     

气固流化床中流动结构调控的研究进展

由于气固流化床内部气相与颗粒相的流动使得两相的传热传质效率变高，所以在工业中可以影响工业产品的收率，这使得床层中的气体与颗粒的流动备受学者们的关注。充分了解床层中气固两相的行为进而提高气固两相之间的接触，对气固流化床的更广泛应用、工业产能的提高、资源的更有效利用等方面具有重要的意义。介绍目前气固流化床内流动结构的研究进展，总结了气泡与颗粒一定的运动规律。此外，对研究颗粒流动的方法进行了讨论，并对它们的应用前景进行了展望。     

两相闭式热虹吸管的流动与传热特性研究

对两相闭式热管内的流动与传热特性进行数值模拟.分段建立热管内的流动与传热方程,通过编写程序对控制方程进行求解.采用离散液膜下降高度方法,联合利用复合辛普森数值积分和四阶龙格库塔数值微分方法成功地实现模型求解过程.将热管内充液量、饱和蒸汽温度和加热段热流密度作为影响因素进行数值计算.在分析中考虑下降液膜和上升蒸汽之间界面剪切力的影响.数值计算结果发现,尽管界面剪切力有时对传热过程的影响不大,但冷凝段和蒸发段的液膜都有所增厚,模型预测结果与实验测量值吻合程度有所改善.数值模拟结果表明,综合考虑热管内界面剪切力和总体充液量对热管流动与传热特性的影响是有必要的,由此获得的传热特性关联式更符合实际情况,可以为热管换热器的性能计算和设计提供指导.     

液固循环流化床换热器中固体颗粒分布

利用CCD图像测量与数据处理系统对多管液固循环流化床换热器中的两相流动特性进行了研究。探讨了下管箱中的分布板结构对固体粒子的体积分数分布、固体粒子的速度分布,以及液固两相流压降的影响。实验结果表明:在循环流化床换热器进口段安装适当结构的多孔板分布器,即多孔板的面积小于床层截面积,且床中心处的遮挡面积大于边缘处的遮挡面积,可以有效地提高固相速度的均匀程度,在较高流速下,能较好地改善固体颗粒在管束中的不均匀分布。     

蒸馏过程热泵节能——热泵系统模拟计算

介绍了蒸馏塔热泵系统的计算机模拟计算,以实际工业装置丙烯精馏塔为例,对塔釜液相节流式热泵流程给出了详细的模拟数据并进行了深入的分析。指出对该类热泵系统,需要由设计者确定的关键工艺参数主要有塔顶气体采出量、循环工质流量、压缩机出口压力和高压工质节流后压力等4个,并给出了确定这4个参数的方法。文中还比较了热泵流程的节能效果,和常规无热泵蒸馏塔相比,实际热泵流程可以节省操作费用达48%以上,节能效果十分显著。此外文中还分析了不同热泵参数对能耗的影响,经优化后的热泵工况,操作费用的节省进一步上升到60.8%。     

Particle‐scale simulation of the flow and heat transfer behaviors in fluidized bed with immersed tube

A kind of new modified computational fluid dynamics‐discrete element method (CFD‐DEM) method was founded by combining CFD based on unstructured mesh and DEM. The turbulent dense gas–solid two phase flow and the heat transfer in the equipment with complex geometry can be simulated by the programs based on the new method when the k‐ε turbulence model and the multiway coupling heat transfer model among particles, walls and gas were employed. The new CFD‐DEM coupling method that combining k‐ε turbulence model and heat transfer model, was employed to simulate the flow and the heat transfer behaviors in the fluidized bed with an immersed tube. The microscale mechanism of heat transfer in the fluidized bed was explored by the simulation results and the critical factors that influence the heat transfer between the tube and the bed were discussed. The profiles of average solids fraction and heat transfer coefficient between gas‐tube and particle‐tube around the tube were obtained and the influences of fluidization parameters such as gas velocity and particle diameter on the transfer coefficient were explored by simulations. The computational results agree well with the experiment, which shows that the new CFD‐DEM method is feasible and accurate for the simulation of complex gas–solid flow with heat transfer. And this will improve the farther simulation study of the gas–solid two phase flow with chemical reactions in the fluidized bed. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

淬火过程流动与传递现象数值模拟

根据淬火过程中多相流动与传热的特点,提出了简化模型。基于两相流体动力学及流固耦合传热建立了流动与传热方程。推导出了计算模型并结合大型软件Fluent进行了用户子程序（UDF）设计,利用此方法对影响流动与沸腾传热的几个因素进行了数值研究,数值计算结果与理论分析吻合。最后对金属铝块的淬火过程进行了计算,计算得到的金属表面测点温度随时间变化历程与文献中实验数据误差在15%以下,表明计算方法可行并且把握了物理过程的本质。     

管壳式换热器壳程流体流动与换热的数值模拟

为了研究纵向多螺旋流管壳式换热器壳程流体湍流流动与换热的工作机理,文中利用FLUENT软件,在壳程流体流速设定值不断改变的情况下,对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与换热进行了三维数值模拟。得到了多螺旋流管壳式换热器在不同的壳程流体流速下的温度场、速度场、质点迹线图、壳程传热膜系数分布图等。根据模拟得到的结果,从多个方面对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与强化传热进行了探讨。模拟结果与实验结果进行了比较,二者误差约在±11%以内,吻合良好。     

Flow and heat transfer characteristics of finned tube with internal and external fins in air cooler for waste heat recovery of gas-fired boiler system

In this present study, attempts were made to investigate the flow and heat transfer characteristics of finned tube with internal fins and external fins by experiment and numerical simulation. The test finned tube was installed in a single smooth tube and formed a shell-and-tube heat exchanger. The experiments were conducted in heat transfer test system with hot air in the tube side and cold air in the shell side. Overall heat transfer coefficients were calculated and heat transfer coefficients in the tube side were determined. Three-dimension computation was performed to predict the flow and heat transfer performance in the finned tube. The effects of external fin height and pitch of the finned tube on shell-side flow and heat transfer were studied by numerical simulation. The numerical results agree well with the measurements. The maximum differences between the present numerical results and the experimental data are approximately 6.9% for heat transfer coefficient and 4.7% for friction factor, respectively. The velocity and temperature fields are obtained to discern the mechanisms of heat transfer enhancement. Numerical results indicate that the steady and spatially periodic growth and disruption of vortices occur in external fin to fin region.     

管内螺旋液固两相流的流动行为及传热

利用Fluent-EDEM耦合方法对管内插螺旋线的液固两相流动与传热进行数值模拟,分析了螺旋线对固相颗粒的诱导碰撞作用和液固两相流传热性能的影响. 通过实验验证,模拟值与实验值的偏差为6.3%~13.8%. 模拟结果表明,与管内未插螺旋线对比,管内插螺旋线对液固两相流体具有诱导作用,使流体呈螺旋流状态;在流体离心力和螺旋线共同作用下,贴近管内壁运动的固体颗粒体积分数由0.44%提高到3.27%;相同雷诺数Re条件下,内插螺旋线液固两相流传热方法的努赛尔数Nu最大. 在Re≤60000范围内,内插螺旋线液固两相流的综合评价指标值均高于内插螺旋线和液固两相流单独作用方式. 因此,该技术适用于低Re下管内防垢除垢及强化传热的工况.     

管内周期性自旋流强化传热的结构优化

在圆管内间隔插入多个旋流片的流道中,流体流动呈现周期性自旋流.用数值模拟方法对空气湍流情况的传热和流阻性能受相邻旋流片间距L_p、旋流角β和旋转角α3个因素的影响进行了分析,并得出旋流片的优化结构,而且实验验证了数值模拟预测的正确性.结果表明：α越大,传热性能越好,阻力越大;L_p越小,传热性能越好,阻力越大;β越大,传热性能越好,而阻力损失因受到摩擦阻力和形体阻力的综合影响而呈现非单调变化.旋流片的最佳结构参数为：旋流角β为20.3°,旋转角α为180°,相邻旋流片间距L_p为33d.与α相比,β对传热和流阻性能的影响更显著.     

螺旋扭扁管强化传热与阻力性能的模拟分析

运用数值模拟的方法对螺旋扭扁管的传热与阻力性能进行了分析与研究,并与普通椭圆直管相比较,研究了管内流体的Re、Pr以及管子几何尺寸对其管内传热与流动性能的影响。结果表明,螺旋扭扁管是一种较好的强化传热元件,尤其对具有高Pr数的大粘度流体在低Re数的层流或过渡流时具有较好的强化传热效果。根据数值模拟的结果,利用多元线性回归的方法给出了努塞尔数Nu和阻力系数f的准则公式。     

网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热的三维数值模拟

利用Fluent软件对网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热进行了三维数值模拟,得到了壳程流体温度场、速度场及压力场等细观信息。根据模拟的结果,揭示了网状孔板强化壳程流体换热的机理,分析了壳程流体沿轴向流动及换热的性能,总结了近壁区流场及温度场的特点。     

U形导流板换热器传热和阻力性能分析

建立U形导流板换热器和扭转流换热器全截面周期模型,利用计算流体力学（CFD）方法对两种换热器壳程性能进行数值研究。相较于扭转流换热器,U形导流板换热器的壳程压降降低45.3%～47.5%,传热系数降低9.9%～13.5%,均匀性提高2.4%～4.0%,综合性能提高4.0%～14.6%。场协同结果表明,U形导流板换热器壳程流体速度与压力梯度的协同性优于扭转流换热器,而流体速度与温度梯度的协同性不如扭转流换热器。本文利用激光多普勒测速仪（LDV）验证了模拟方法准确性和模拟结果的可靠性;分析了U形导流板结构参数及布置方式对换热器壳程压降和传热性能的影响。结果表明,U形导流板的布置角度和布置方式对性能影响显著,导流板宽度和导流板间距的影响较小。