三角形螺旋流道层流流动及换热特性模拟

应用CFD软件研究了直角三角形螺旋流道内层流流体的流动及换热特性,得到了充分发展条件下流体的速度场及温度场,分析了换热壁面局部努塞尔数Nuloc的分布及流道结构对三角形螺旋流道内流体流动及换热的影响。结果表明:层流状态内,流体在流道横截面上产生的二次涡为稳定的两涡结构;受二次流的影响,换热壁面上各点的努塞尔数并不一致,其峰值出现在靠近二次涡中心位置的换热壁面处。增大雷诺数及量纲一曲率,使得局部努塞尔数峰值明显增大,且会使换热面中心弱传热区增大。平均努塞尔数随着雷诺数或曲率的增大而增大,但相应的阻力系数也会随之增加。     

微通道内液-液泰勒流传热的计算流体力学模拟

微通道内的液-液两相流型在低流速时以泰勒流为主,本文使用计算流体力学方法,对微通道内液-液泰勒流的传热特性进行了研究。首先考察了分散相流速、物系和管径对微通道壁面温度的影响。结果表明:分散相流速和物系热导率增大使得微通道壁面温度降低,管径的改变对微通道壁面温度影响较小。然后针对当量直径为0.5mm的微通道内工作介质为甲苯和水的两相泰勒流模型,考察了微通道壁面剪切力、界面涡度和努塞尔数对壁面和内部温度的影响,并与文献中气-液两相泰勒流的传热性质作了比较。结果表明:壁面剪切力和界面涡度对管壁和界面温度的波动性变化有一定影响,壁面剪切力和界面涡度的波峰往往出现在温度的波峰附近,并且有一定的时间滞后性。甲苯-水两相泰勒流动下的壁面努塞尔数比气-液两相流大得多,液弹单元的平均努塞尔数是相同条件下单相流体流动的1.3倍。     

三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热模拟

对三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热性能进行了模拟,得到了充分发展条件下恒定热流加热时釜内湍流流体的速度场,分析了雷诺数(Re)和无量纲曲率(k) 对流体阻力和换热性能的影响,并由模拟数据拟合出平均阻力系数及平均努赛尔数的关联式. 结果表明,湍流流动中,夹套内流体的二次流动为稳定的二涡结构,随雷诺数增大,二次流强度和湍动能均增强. 由于离心力的作用,外壁面的阻力系数远大于内壁面. 换热面上局部努塞尔数的峰值出现在靠近二次涡中心位置的换热壁面处,换热面中心处的局部努塞尔数约为峰值的85%. 随Re和k增大,峰值处的局部努塞尔数值增大最明显,流体的平均努塞尔数及阻力系数均增大. 在所模拟的范围内,三角形螺旋夹套的效率因子E>3.7,且随Re和k增大,E逐渐增大.     

存在温度扰动的圆环旋转黏性液体射流稳定性

建立了同时存在速度扰动、压力扰动以及温度扰动的圆环旋转黏性液体射流稳定性色散方程。在此基础上,进行了存在温度扰动的圆环旋转黏性液体射流稳定性研究;通过气液温差分析了温度扰动强度对射流稳定性的作用,以贝克来数Pe为特征参数,分析研究了射流液体热量传递特性与温度扰动对射流稳定性作用的影响。研究结果表明,温度扰动的存在使得圆环旋转黏性液体射流最大扰动增长率、最不稳定频率和不稳定截断频率增大,并使射流扰动增长率随扰动频率的变化规律发生变化;温度扰动有利于提高一定扰动频率下射流的轴对称扰动稳定性,使射流扰动占优模式发生变化。圆环旋转黏性液体射流最大扰动增长率、最不稳定频率和不稳定截断频率随气液温差和贝克来数Pe增加而增大;气液温差不会改变射流扰动占优模式;轴对称扰动射流的最大扰动增长率大于非轴对称扰动射流,其差值随气液温差和贝克来数Pe增加而增大。     

燃气轮机透平静叶端壁气膜冷却的数值研究

对叶栅通道端壁与气膜孔进行了建模、网格划分和设置边界条件。通过改变射流入射角度、吹风比和气膜孔排列方式,对端壁复合角度气膜孔的传热特性进行了分析。模拟结果表明:当采用复合角度时端壁努塞尔数比单一角度相同位置的努塞尔数大,当复合角度为α=35°、β=45°时努塞尔数最大;随吹风比的增大,努塞尔数逐渐增加;当复合角度为α=30°、β=45°时,气膜孔采用插排布置传热效果最好。     

有攻角椭圆柱绕流换热特性实验研究

利用萘升华热质比拟实验方法,在直流吸入式风洞中对雷诺数5 000—50 000范围内空气绕流7种轴长比椭圆柱在不同攻角下的平均传热特性进行了实验测量,并且采用小区域平局传热等效局部传热的方法,对3种不同轴长比椭圆柱的局部传热特性进行了实验研究,对比分析了多种工况下的平均努塞尔数和局部努塞尔数。结果表明:各轴长椭圆柱表面局部努塞尔数分布趋势相似,前驻点处局部努塞尔数最高,沿着流体流向椭圆柱体表面局部努塞尔数逐渐减小,在分离点处达到最低点,随后再逐渐增加,迎流面局部努塞尔数始终高于背流面对称区域;7种不同轴长比椭圆柱的表面平均努塞尔数在攻角0°—90°范围内随攻角的变化趋势基本一致,平均努塞尔数均随攻角的增加而增大。     

过冷降膜的换热特性和破断条件

本文在实验观测的基础上对垂直降膜的换热情性和破断临界现象进行了简化分析.据此整理实验数据,给出正常液膜和接近破断临界时的液膜对流换热努塞尔数综合关系式以及破断准则数综合关系式.     

翅片管内嵌入螺旋线圈的强化传热分析

以注汽锅炉对流室的翅片管为研究对象,结合锅炉的实际工况对光管和嵌入螺旋线圈后管道传热和流动进行分析,结果表明翅片管内嵌入螺旋线圈后靠近管壁的流体呈现螺旋状旋转运动,嵌入螺旋线圈起到了强化传热的作用。接着分析螺旋线圈结构参数对强化传热的影响,选择四组螺距和直径形成16组不同的螺旋线圈结构参数并分别进行仿真;分析了螺旋线圈的螺距和直径对努塞尔数、阻力系数、场协同角余弦值和PEC值的影响。结果表明:当直径相同时,努塞尔数随着螺距的增大而减小,而在螺距相同时,努塞尔数随着直径的增大而增大。选择适合的直径和螺距可以有效提高PEC值。     

管内垂直下降液膜速度与厚度分布特性

对洗涤冷却管内垂直降膜的流动特性进行研究,采用超声波多普勒测速仪对管内不同周向以及轴向位置的液膜厚度和速度进行了无接触式的测量,液膜Reynolds数范围为1.0×10~4~3.1×10~4。结果表明:在0°周向位置上液膜厚度与速度均达到最大值,导致该位置局部液膜厚度过大而不能保持稳定,部分液体脱离液膜表面,此外还造成了8°和16°位置的液膜厚度激增。在轴向上,当Reynolds数小于2.0×10~4时,液膜速度在重力作用下随流动距离增加而增加,反之,液膜速度因为流动阻力会随距离增加而减小。随着Reynolds数的增大,液膜平均厚度和速度呈增大趋势。此外,Reynolds数的增大还会使得液膜更加不稳定。     

管内垂直下降液膜速度与厚度分布特性

对洗涤冷却管内垂直降膜的流动特性进行研究,采用超声波多普勒测速仪对管内不同周向以及轴向位置的液膜厚度和速度进行了无接触式的测量,液膜Reynolds数范围为1.0×10⁴~3.1×10⁴。结果表明:在0°周向位置上液膜厚度与速度均达到最大值,导致该位置局部液膜厚度过大而不能保持稳定,部分液体脱离液膜表面,此外还造成了8°和16°位置的液膜厚度激增。在轴向上,当Reynolds数小于2.0×10⁴时,液膜速度在重力作用下随流动距离增加而增加,反之,液膜速度因为流动阻力会随距离增加而减小。随着Reynolds数的增大,液膜平均厚度和速度呈增大趋势。此外,Reynolds数的增大还会使得液膜更加不稳定。     

Interfacial Shear Stress of Stratified Flow in a Horizontal Pipe

Experimented data are presented for the void fraction aud the shear stresses of stratified gas-liquid flow in a pipe, A new technique was used to measure the interface shear strew. The interfacial shear stress was determined by using two methods: a momentum balance of gas and an extrapolation of the Reynolds shear stress prone at the gas-liquld interface. A new formula ,relatiog to the interfacial friction factor with the void fraction and superficiol gas Rcynold number, was dewloped to predict the interface shear stress. The predicted values are in good agreement with experimental data.     

湿气管道积液临界气速预测的新模型

气田开发经常采用湿气集输方案。针对湿气输送管道出现的积液问题,基于分层流最小界面剪切应力准则,利用气液平界面分层流液膜区的速度分布规律,建立了求解积液临界气速的新机理模型。由分层流液膜区的流场描述和气相动量方程得到气液界面剪切应力的表达式;利用界面剪切应力函数曲线特性,可以通过界面剪切应力关于持液率求导获得临界气速。以不同文献中收集的临界气速实验数据,对新模型和其他具有代表性的湿气管道积液模型进行验证对比,表明新模型的预测精度要优于其他模型。     

多排平直翅片管换热器表面气液降膜流动特性的三维数值模拟

基于VOF模型建立了考虑重力、表面张力及界面摩擦力源项的多排平直翅片管换热器表面气液两相降膜流动三维瞬态CFD模型。不同气流速度下液膜厚度模拟结果与文献中试验值吻合较好,最大偏差小于5%,表明所建立CFD模型是可靠的。通过研究壁面接触角为30°时不同气液Reynolds数下液膜流动特性,结果表明：翅片管表面满膜流的临界Reynolds数Re_l为239,临界喷淋密度为0.06 kg/(m·s);在239 ≤ Re_l ≤ 995内,其平均液膜厚度较Nusselt理论解高16.8%～35.1%;气液逆流和顺流时气相Reynolds数Re_g应分别小于2190.7和3286.0,其主要原因在于过高的Re_g会导致气液界面摩擦力快速增大,从而引发液膜破裂和液滴脱落等现象恶化设备性能。总之,气液顺流更有利于在较高气相Reynolds数下实现翅片管表面的较薄满膜流动。     

The effect of liquid film vaporization on natural convection heat and mass transfer in a vertical tube

A numerical analysis was carried out to investigate the effects of film vaporization on natural convection heat and mass transfer in a vertical tube. Results for interfacial Nusselt and Sherwood numbers are presented for air-ethanol and air-water systems for various conditions. Predicted results show that heat transfer along the gas-liquid interface is dominated by the transport of latent heat in association with the vaporization of the liquid film. Additionally, the predicted results obtained by including transport in the liquid film are contrasted with those where liquid film transport is neglected, showing that the assumption of an extremely thin film made by Chang et al. (1986) and Yan and Lin (1990) is only valid for systems with small liquid mass flow rates. For systems with a high liquid film Reynolds number, Re₁₀, the assumption of an extremely thin film is seriously in error.     

错流降膜液体干燥剂除湿/再生传热传质数学模型及分析

分析了错流降膜液体干燥剂除湿及再生传热传质过程 ,建立了基于实际除湿系统的描述再生和除湿过程的数学模型 ,考虑到除湿过程中产生的热效应 ,以氯化钙溶液为除湿剂时 ,对气侧和液侧的传热传质系数进行了理论和数值求解 .计算结果表明 ,传热传质系数与气流流动状态、除湿剂的热物理性质等因素有关     

水平管段塞流气弹区液膜特性研究

为了研究气液段塞流相界面的结构特征,采用了双平行电导探针技术对水平管内段塞流气弹区的液膜特性进行了实验测量,并基于一维双流体模型导出液膜厚度的控制方程,该方程对液膜厚度的预测结果与实验结果吻合良好。结合液膜厚度计算模型提出了计算段塞流的机理模型,该段塞流机理模型的计算结果表明对于液相表观速度较高而气相表观速度较低的段塞流,机理模型中忽略液膜非平衡性时得到的平均液膜厚度和气弹区长度明显偏低。     

0.5 mm毛细管内气-液Taylor流动换热数值研究

采用移动计算域方法研究0.5 mm毛细管内充分发展的气液Taylor流动换热特性,分析了Taylor气泡的形状、压降与换热特性。结果表明,随着入口Reynolds数Re的增大,气泡尾部的不稳定区域增大,液膜厚度逐渐增大,气泡长度变长;随着气泡体积分数ξ_g的增大,气泡形状基本不变而长度逐渐增大。阻力因子f随Re、ξ_g增大而降低,两相阻力系数高于单相的情况。平均Nusselt数Nu_tp随Re增大而增大,增大趋势逐渐降低;随ξ_g增大而线性降低。Taylor流的Nu_tp为单相的1.2～3倍,强化换热效果。     

竖直管外气液逆流环状降膜速度与温度分布

建立了竖直管外环状降膜气液逆流传热传质条件下稳态层流降膜一维速度分布和二维温度分布模型,以及膜厚和降膜表面热通量的数值计算方法。表面热通量的模型计算值与实验值在气体Reynolds数Re_g<1200的范围内吻合较好,表明基于界面摩擦因子求解模型的方法在两相均为层流条件下是可靠的。模型显示了降膜速度分布和温度分布的非线性特征,降膜表面附近陡降的温度梯度表明,减小膜厚是强化降膜传热传质过程的有效途径。