矩形截面螺旋通道内流体的流动特性

为合理强化内管外壁带螺旋翅片的套管式换热器,对矩形截面螺旋通道内流体的流动特性进行了实验和数值研究。高宽比为3.5的矩形截面螺旋通道速度场的实验测量值与模拟值吻合较好。采用正交螺旋坐标系统分析了不同高宽比矩形截面螺旋通道内的轴向速度、二次流速度、流函数以及涡量的分布规律。结果表明,矩形截面螺旋通道内轴向速度最大值偏向外壁;截面上出现两个二次涡;上半截面流体粒子的二次流动方向为顺时针,下半截面流体粒子的二次流动方向为逆时针;除了壁面上涡量较大以外,截面中心出现了两个相反的涡量。随高宽比增大,轴向速度最大值逐渐向上半截面移动;两个二次涡分别向两端移动;截面中心处的涡量逐渐变弱。因此,对于利用二次流动来强化传热的螺旋翅片管换热器,当矩形截面高宽比较大时,应该采取措施改善其中心处的二次流动以进一步提高换热效果。     

卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流截面含气率测量研究

以空气和水为工质,对卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流动特性进行了实验研究。根据以往截面含气率的计算方法,创新性地提出一种适合于卧式矩形截面螺旋通道内两相流动截面含气率的计算方法,并与漂移流模型进行比较,发现两种计算方法所得结果趋势相近,大部分符合较好,表明利用斜十字交叉法计算卧式矩形截面螺旋通道内气液两相流的截面含气率是可行的。并且对比Zuber-Findlay模型与Ishii模型发现,Ishii模型预测卧式矩形截面螺旋管通道内的截面含气率精度较高。     

三分螺旋折流板换热器内二次流分布与强化传热关系分析

通过对倾斜角35°首尾相连的三分螺旋折流板换热器的数值模拟,展示了其壳侧通道内流体在典型切面上的流场和流线分布,以及典型切面上典型直线的流动和换热参数分布,并与性能测试结果进行了对比。结果表明,数值模拟结果与实验结果是吻合的。螺旋折流板形成的近似螺旋通道,使换热器壳侧流体受离心力和向心力共同作用形成了迪恩涡二次流,且在每个螺旋周期内都存在;二次流增强了主流区域流体与靠近壁面流体的掺混,使得壳侧典型切面上中心线和折流板外缘直线的轴向速度较大;除主流中心区域外,壳侧流体在二次流的作用下具有均匀的湍流动能;二次流所在区域内,壳侧同心柱面内典型直线上换热系数相差不大,但由于二次流能使其附近区域传热面上的流体得到不断卷吸掺混,由此强化传热。     

螺旋椭圆管换热器传热特性与阻力特性研究

旨在研究螺旋椭圆管式换热器管内流动换热性能。借助CFD数值模拟方法分析了流体入口角度θ和椭圆截面长短轴之比a/b对螺旋椭圆管式换热器管内流动和换热的影响,并且利用综合传热增强因子PEC评价了换热器的综合换热性能。结果表明:螺旋椭圆管内存在二次流,导致螺旋椭圆管截面内温度梯度和速度梯度径向分布不均;在研究范围内,θ增大,努塞尔数Nu增加,摩擦系数f提高,综合换热性能增加;θ>45°时,螺旋椭圆管综合换热性能优于螺旋圆管。θ一定时,a/b越大,综合换热性能越好。通过对多种不同结构的螺旋椭圆管进行多工况数值模拟后,修正了现有的准则关联式,提高了准则关联式的准确度。     

等腰直角三角形截面螺旋流道内层流流体的流动特性

应用CFD软件对直角三角形螺旋流道内层流流体的流动特性进行了数值模拟,得到了充分发展条件下流体的速度场,分析了无量纲曲率d、无量纲挠率l对二次流强度和流体流动阻力的影响. 结果表明,当d=0.021~0.083且Re=200~1000时,流体流过该螺旋流道产生的二次涡为稳定的两涡结构;随Re及d增大,二次流强度增强,流体阻力系数也相应增大;在研究范围内,l对二次流强度及流体流动阻力的影响不大;当结构参数及Re取值相同时,三角形螺旋流道的阻力比半圆形螺旋流道小,且随Re增大,二者的差值增大,在所计算的Re范围内三角形螺旋流道的阻力系数为半圆管螺旋流道的84.1%~99.5%.     

基于停留时间分布的缠绕管内二次流研究

缠绕管内二次流能够显著强化管内传质、传热性能。通过测量缠绕管内液体的停留时间分布,利用无量纲方差σ²表征二次流强度,研究了缠绕直径、缠绕角度、缠绕管管径等结构参数对二次流的影响。结果表明：在径向流动未达到极限迁移距离的缠绕管中,随着液体Reynolds数Re的增大,σ²先减小后增大,对应缠绕管内依次出现的湍流作用区和二次流作用区;在径向流动达到极限迁移距离的缠绕管中,随着Re的增大,σ²先减小后增大最后趋于平稳,对应缠绕管内依次出现的湍流作用区、二次流作用区和二次流极限区。从湍流作用区转变为二次流作用区的临界Reynolds数Re_S随缠绕管缠绕直径和管径的减小而减小,缠绕角度对Re_S的影响较小。     

二次流对气液交叉流体系连续液柱表面传热过程的强化

本文采用计算流体力学（CFD）方法研究了气液交叉流体系重力作用下降液液柱群连续自由表面的蒸发过程。研究结果表明：低气体雷诺数下,液体流动引发气相形成二次流,产生层流涡使靠近气液相界面附近的气相发生湍动。强化传热传质过程,肋数随液速的增加而增大;取Res=166,当U11q=2m·S^-1时,肋数较静止壁面条件提高10％：而高气体雷诺数下（Res=500）,液柱流动引发气相二次流对传热传质过程影响不显著：模拟值与实验值吻合较好,其相对误差在±15％范围内。     

二次旋转蒸干燥系统参数计算及分析

对一次和二次旋转闪蒸干燥系统的工艺参数分别进行了计算,并通过分析、比较后得出在大多数场合,旋转闪蒸干燥宜采用单塔一次干燥系统。     

振荡流通过内插螺旋翅片管传热特性的数值模拟

振荡折流换热器广泛应用在包含传热传质过程的化工过程中,本文对管内插入螺旋翅片的振荡折流换热器进行了三维非稳态数值模拟,模拟在斯特劳哈尔数St=2,4,8和振荡雷诺数Reo=20,40,80范围内进行。通过作出瞬时三维流线,以观察流动状态随时间变化规律,发现其中有纵向涡和横向涡的周期性形成和脱落;得到了圆管周向局部传热系数随时间变化规律,以及不同振荡参数（St和Reo）下周向平均传热系数随时间的变化规律。结果表明：局部传热系数沿周向不均匀分布,并在翅片斜对面达最大;周向平均传热系数随时间周期性变化,时间平均传热系数随振幅增大而增大,但受频率影响却不明显;在本文讨论的参数范围内,平均传热系数最大可达圆管层流的4倍。     

矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率分布实验研究

应用电导探针测量技术,对矩形截面螺旋通道内气液两相流局部含气率进行实验研究。在不同的气相折算速度下,应用电导探针测量了弹状流弹单元的长度,并与可视化方法进行对比,验证了电导探针的可靠性,并为信号处理选择合适的阈值。分别在泡状流、弹状流及环状流三种流型的条件下,分析了气相与液相折算速度对局部含气率分布的影响。实验结果发现,螺旋通道气液两相局部含气率呈非对称的抛物线形分布,这种非对称性受流型和液相折算速度的影响。     

螺旋型旋转吸收器

<正>传统的吸收设备一般为塔型。传质的效果除与气液接触面的大小、气液流动状况、气液本身的物理性质等因素有关外,还与重力加速度g密切相关。Van Krevelen等推导出的关系式中,传质系数是k_L∞g~(1/3),Vivian通过对湿壁塔中气体吸收过程的研究,Norman等利用溶质渗透理论,都导出k_L∞g~(1/6)。但g是一个不可改变的有限值,若用人为可改变的旋转速度ω取代,则是一条强化传质过程的途径。作者从1983年研究旋转吸收器,屡经改进,制造了现用的实验螺旋型旋转吸收器。用该装置的实验结果表明,当ω增大时,k_L和α随之增大,液泛速度相应提高,操作范围增大,传质效果增强。     

旋转切向流PA管式膜微滤试验研究

实验研究了旋转切向流聚丙烯PA管式膜微滤。通过建立的旋转切向流强化微滤实验装置系统，测定了旋转直线切向流和旋转圆弧切向流PA管式膜在不同SiO2悬浮液农度和不同流体压力下的膜通量随时间的变化曲线。实验研究结果表明，旋转切向流强化微滤不但节能，而且系统结构简单。     

NUMERICAL ANALYSIS OF NON-ISOTHERMAL HELICAL FLOW OF HERSCHEL-BULKLEY FLUIDS

In this article a numerical solution of non-isothermal helical flow for the thermodependent Herschel-Bulkley fluids has been presented. The consistency term (μ₀) in comparison to other properties is more temperature dependent; therefore an exponential function in the form of μ₀ = exp(-bT) is considered. The governing equations are solved for two different physical situations; constant temperature walls and for a case of constant heat flux using the implicit finite difference method. The results from numerical solution are compared with results of first law of thermodynamics and a good agreement is noticed.     

管道水力絮凝过程的动力学和机理研究

本文通过对高浊度原水的大量烧杯絮凝和管道絮凝水力参数与絮凝效果实验及其结果对比,分析了管道絮凝过程的行为规律,并对其絮凝过程动力学和机理作了深入分析研究,得出了若干对管道絮凝器的研制有益的结论。     

START-UP FLOW IN A PIPE FOLLOWING THE SUDDEN IMPOSITION OF A CONSTANT FLOW RATE

The transient flow in a long pipe following the sudden imposition of a constant flow rate is considered. An exact analytical solution of the axisymmetric Navier-Stokes equations in terms of an infinite series of Bessel functions is derived. Time-dependent velocity profiles, as well as time histories of the axial pressure-gradient and the wall-friction, are presented. It is observed that the start-up time required to reach steady state is significantly shorter than if the start-up flow results from a suddenly imposed constant pressure gradient. The “Annular Jet Effect” observed experimentally by Kataoka et al. (1975) is not exhibited by the present solution.     

开孔转盘塔(RPDC)连续相流体轴向混合的研究

本文采用非理想脉冲示踪技术,借助于计算机数据采集系统,在无传质条件下对RPDC连续相流体的轴向混合进行了研究。用时间域最小二乘拟合法求取了轴向混合参数,分析了RPDC连续相轴向混合的机理,得到了描述连续相流体轴向混合的数学表达式。     

卧式螺旋管内紊流传热

在宽广的参数范围内对卧式螺旋管内紊流换热特性进行了详细的试验研究, 试验结果表明,螺旋管内强化换热是紊流流动与二次流动共同作用的结果,Reynolds数越大,二次流对强化换热的贡献越小,平均换热系数也越接近于等条件下的直管换热;换热系数在圆截面上的分布很不均匀,最外侧换热系数可达最内侧的3～4倍,最内侧是平均换热系数的0.5倍,并得到了截面上局部换热系数的计算式;换热系数在流动方向的分布具有周期性。     

二次流场促进高浓度颗粒污泥体系的传质效率

将提供特定流体动力条件(二次流)的SSBR反应器和普通向上流SBR反应器进行对比,试验分析氧传质性能、降解性能和颗粒污泥形态,研究高浓度颗粒污泥体系中,优化的流体动力条件-二次流对氧传质效率的影响以及由此引起的种群分布变化.结果表明,SSBR反应器的氧传质速度更快,稳定运行的SSBR反应器能维持更高的溶解氧,有利于提高颗粒污泥内部的溶解氧渗透能力,对颗粒污泥中心区域的营养供给充分,颗粒污泥内部微生物不易老化,有利于颗粒污泥体系的稳定和强化有机物的降解效率.     

LIQUID FLOW IN IMPELLER REGION OF AN UNBAFFLED AGITATED VESSEL WITH UNSTEADILY FORWARD-REVERSE ROTATING IMPELLER

For an unbaffled agitated vessel with an unsteadily forward-reverse rotating impeller whose rotation proceeds with repeated acceleration, deceleration, and stop-reverse processes, the liquid flow in the impeller region was studied based on photographs showing path lines of tracer particles. An image series taken during one cycle of the forward-reverse rotation was analyzed to characterize the internal stream inside the impeller rotational region and the discharge stream outside its region when a disk turbine impeller with six flat blades was rotated unsteadily. Because of the unsteady flow generated inside the impeller rotational region, the velocity vector of outflow from its region fluctuated periodically with the change of the impeller rotation rate. The circumferential velocity was almost in phase with the impeller rotation rate, oscillating periodically. The radial velocity exhibited larger values in the process for the impeller from decelerating to stopping and reversal. The radial flow, whose velocity decreased downstream outside the impeller rotational region, was clarified to be transformed into upward and downward axial flows that are almost uniform in the circumferential direction throughout the region near the vessel wall.     

LIQUID FLOW IN IMPELLER REGION OF AN UNBAFFLED AGITATED VESSEL WITH UNSTEADILY FORWARD-REVERSE ROTATING IMPELLER

For an unbaffled agitated vessel with an unsteadily forward-reverse rotating impeller whose rotation proceeds with repeated acceleration, deceleration, and stop-reverse processes, the liquid flow in the impeller region was studied based on photographs showing path lines of tracer particles. An image series taken during one cycle of the forward-reverse rotation was analyzed to characterize the internal stream inside the impeller rotational region and the discharge stream outside its region when a disk turbine impeller with six flat blades was rotated unsteadily. Because of the unsteady flow generated inside the impeller rotational region, the velocity vector of outflow from its region fluctuated periodically with the change of the impeller rotation rate. The circumferential velocity was almost in phase with the impeller rotation rate, oscillating periodically. The radial velocity exhibited larger values in the process for the impeller from decelerating to stopping and reversal. The radial flow, whose velocity decreased downstream outside the impeller rotational region, was clarified to be transformed into upward and downward axial flows that are almost uniform in the circumferential direction throughout the region near the vessel wall.