基于PIV法的管内插螺旋液固两相流流场特征

为探究管内插螺旋与液固两相流复合技术对流场与传热的影响机理,采用粒子图像处理技术(PIV)实验研究管内流体的涡量场及速度场分布规律。对比实验结果表明:内插螺旋液固两相流使流体呈螺旋流动,且增大流体的运动强度。在雷诺数Re=26 400～33 000,总平均涡量比光管增大21.4%～35.8%;径向速度呈正负波动分布,平均径向速度为光管的6.5～19.8倍,径向速度波动为光管的51～609倍;轴向速度沿壁面向管中心递增,轴向速度波动比光管增大41.5%～60.6%;平均湍动能比光管增大162.7%～254.6%,因此内插螺旋液固两相流复合技术更有利于传热。     

含固体粒子旋转流强化流体传热的实验及模拟研究

针对管内除垢与防垢及强化传热问题,对工程上应用较广的扭曲管、扭带管中旋流场内低浓度液固流场综合性能进行实验及模拟研究. 结果表明,含粒子旋流场可提高流体湍流强度,与圆管相比,扭曲管和内插扭带圆管均有较好的旋流效果,相同Re下扭曲管的换热系数提高18.7%~30.1%,阻力系数提高13.1%~181.8%,综合性能评价因子平均提高15.5%,高于圆管和扭带管;而扭带管的换热系数比圆管提高5.6%~32.9%,阻力系数最高. 对扭曲管内粒子传热性能进一步优化,模拟值与实验值的误差为10.7%~12%. 旋流作用有利于提高液固流场的综合性能,但较高流速下该综合性能则逐渐降低.     

垂直冷却水管内液固两相流的传热与抗垢性能

针对污垢沉积而导致高炉冷却壁传热效率降低的疑难问题,通过在冷却水管内加入固相颗粒以形成液固两相流.从而改变两相流体对冷却水管的传热和抗垢性能.在不同固相体积分数下进行了冷却水管内液固两相流动的传热和抗垢性能研究.研究结果表明,由于固相颗粒的扰动和剪切效应,不仅可以增大冷却水管传热系数和强化传热效果,而且增强了抗污垢能力,延长了设备的高效运行时间,实现冷却壁的长期高效运行.     

含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验

为了进一步提高不含固体颗粒流体旋流场强化传热,开展含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验,研究颗粒浓度、粒径、Re数等因素对3种扭曲管的综合强化传热性能的影响。结果表明:液固流体换热性能随着颗粒浓度、粒径、Re数的增大而提高。与单相流体比较,当粒径2 mm、颗粒浓度分布1%时,相同Re数下3种扭曲管的Nu数平均提高12.91%,13.12%和15.23%,管内流体压降平均提高60.22%,67.23%和73.16%。通过综合性能评价因子分析,当粒径为2—5 mm、颗粒浓度分布为5%,扭曲管导程为200 mm、椭圆度为1.49时具有较好的综合性能。     

内插螺旋线强化糖浆立式降膜蒸发传热

搭建了新型立式单管蒸汽-糖浆降膜蒸发实验平台,进行连续4 h加与不加螺旋线的降膜蒸发运行对比实验,研究管内插入特定结构和工艺参数的螺旋线对变粘性糖浆降膜蒸发传热性能的影响.结果表明,内插螺旋线可明显改善糖浆降膜蒸发传热效果,相同条件下,内插螺旋线时总传热系数比空管提高了25.9%~82.9%,且随时间延长其下降速率明显低于空管;从管内蒸发侧和管外冷凝侧传热角度分析降膜蒸发传热性能,传热温差增大,管内蒸发侧传热性能变好,管外冷凝侧传热性能变差,增大传热温差改变物料物性(粘度减小)可强化传热效果.在非结垢影响的传热时间内,对管内蒸发侧传热系数进行处理,得到了管内综合传热系数与传热温差的实验关联式.     

换热器换热管内插螺旋流态化传热及除防垢的影响因素

通过内插螺旋方法使换热器换热管内流体产生螺旋流,实验研究了管内螺旋流/螺旋流态化的颗粒直径、颗粒浓度、螺旋结构参数及温差对强化传热及除垢、防垢性能的影响. 结果表明,在实验范围内,换热器换热管内螺旋流态化比螺旋流的传热系数提高15%~20%;颗粒直径5 mm比3 mm的传热系数提高5.4%;颗粒浓度15%(j)比5%(j)传热系数提高15.3%;外径螺旋30 mm比20 mm传热系数提高7.7%;螺距20 mm比60 mm传热系数提高11.1%. 随时间连续运行,管内螺旋流态化的传热系数下降幅度远小于螺旋流,表明管内螺旋流态化具有较好的除垢防垢效果. 传热温差变化对螺旋流态化强化传热及除垢、防垢性能影响较小.     

烟气脱硫吸收塔底部浆液池内流场特性的数值模拟

为了达到烟气脱硫吸收塔内烟气、吸收液和析出铵盐三相混合的效果,烟气脱硫吸收塔都采用侧入式的推进式搅拌器.运用计算流体力学技术(CFD)对吸收塔底部浆液池内单相和液固两相的侧搅拌流场进行数值模拟.模拟结果表明,液固两相搅拌时,与单相流相比,固相的引入抑制了液体向上的发展,流体循环流动范围变小.径向角作用是产生不对称的循环流,增加流体湍动,但对液固两相的固体悬浮状况没有明显改善.法向角可以改善浆液池底部单相流的湍动和液固两相的固体悬浮,当法向角为7°时,浆液池内固体颗粒的悬浮状态最好.     

跨临界CO2在短管内的非平衡流动特性

建立了跨临界CO₂在短管内流动的两流体模型和均相流模型.两流体模型考虑了汽液两相间的速度滑移和温度差异,而均相流模型则认为汽液两相的速度和温度相同.分别用两种模型进行了计算,并与实验数据进行了对比.结果表明：两流体模型90%的流量计算值与实验值偏差在±20%以内,并能合理预测压力的沿程分布;均相流模型对流量的预测结果与两流体模型接近,并未因忽略非平衡特性而严重偏低.另外,汽液两相温度差异和速度滑移的分布计算结果也证实了短管内跨临界CO₂流动的非平衡性并不显著.本文从理论上对此现象进行了解释.     

《化工学报》2004年第55卷第2期目次

热力学　应用平均球近似理论计算锂盐有机溶液电导率传递现象　筛孔障碍物对半球气云爆燃压力增长机制影响的实验研究　气波管内波系影响因素的实验研究与数值模拟　水平气液混输管道清管操作试验与数值模拟技术　平行流分隔板管壳式换热器壳侧流场与传热性能　啮合同向三螺杆挤出机中三维等温流动的数值模拟　高压下Mellapak 35 0Y型波纹规整填料性能多相流　快速流化床提升管中气固流动行为的非线性分析　翼型组合桨持气特性的实验研究及数据关联方法　喷动床环隙区内颗粒流的数学模型和仿真　喷动床内气固两相流体动力行为的数值模拟催…     

垂直管内液固并流向上传热特性的研究及其应用

采用河砂与水作试验介质，研究了垂直管内液固两相并流向上的传热和阻力特性。实验结果表明，垂直管内液固两相并流向上具有特殊的流阻特性和较强的传热作用。     

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...     

液固分布器的数值模拟和结构优化

流化床内液固两相流的均布问题一直是制约流化床发展的难点。本文采用颗粒动力学双流体模型来描述液固两相流,应用CFD方法模拟了二维液固流化床换热器下管箱中的流场流动特性,并用模拟手段优化了下管箱中液固分布器的结构参数。模拟结果与试验值吻合较好,模拟结果表明：在V型挡板角度小于滑落角的挡板型式下,多孔板的开孔率在35%左右,开孔直径大小在12mm左右时,下管箱中固含率的不均匀度最小,这种结构参数下液固分布器的分布效果最好。     

螺旋肋片形成非衰减性旋流的强化传热性能

对于螺旋肋片形成非衰减性旋流的传热和阻力特性进行了实验研究,并比较分析了非衰减性旋流与多翅管和衰减性旋流在传热和阻力特性方面的差异.研究结果表明,在传热系数上非衰减性旋流比多翅管和衰减性旋流分别提高60%～85%和49%,但非衰减性旋流的阻力损失也明显高于多翅管和衰减性旋流.综合热力性能的分析结果表明,在较低Reynolds数下非衰减性旋流的综合热力性能较好,当Reynolds数大于某一临界值 (本实验为18000)后衰减性旋流的综合热力性能较好.     

水基石墨烯纳米流体在矩形小槽道内的流动换热特性

测试了水基石墨烯纳米流体的部分热物性,研究了不同浓度、雷诺数(Re)和加热功率条件下水基石墨烯纳米流体作为换热工质在设计的矩形结构小槽道内的对流换热性能。结果表明,层流状态(Re=500~2000)下,矩形槽道壁面温度随Re增大逐渐降低,随加热功率增大逐渐升高,与常规流体换热特性一致;在相同Re和换热功率条件下,随纳米流体浓度增大,壁温逐渐减小;水基石墨烯纳米流体的换热强度比基液去离子水提升较大,Re=2000、加热功率为210 W时,浓度为0.03wt%的水基石墨烯纳米流体的平均努塞尔数(Nu)为9.3,比基液水提升48.8%;受入口效应影响,沿槽道长度局部对流换热系数逐渐减小,最高可达25674.5 [W/(m2?℃)],较基液水最大可提高39.1%;Re=500~1400时,石墨烯纳米流体的流动换热强度随Re增大明显增强;由实验数据结合理论模型拟合了适用于石墨烯纳米流体对流换热强度的计算式,计算结果与实验结果最大相对误差不超过25%,平均相对误差仅为4.8%。     

渐扩渐缩波纹通道内脉动流的传热强化

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法, 数值研究了周期性渐扩渐缩波纹通道内脉动流动与换热情况,流动Re数的范围为10～1000,Pr数为0.7.计算考察了不同Re数、脉动频率以及振幅对通道内强化传热和压力损失的影响.研究结果表明,稳态下Re数大于40以后,流动出现分离,Re数大于600以后,流动显得复杂和混乱;受入口脉动流的影响,通道内的旋涡发生周期性的脱落、增长和迁移,从而增强了流体之间的扰动和掺混,强化了传热;传热的强化效果随着流动Re数、脉动频率以及振幅的增大而增强;另外,流动阻力随着无量纲时间呈正弦规律变化,但与脉动频率无关.     

惰性粒子对水沸腾传热强化的实验研究

通过加入不同种类和体积分率的惰性粒子,在垂直管中进行了水的流动沸腾传热实验,研究了三相流沸腾传热特性。实验中预先对水加热,采用了沸点进料。实验发现,传热膜系数随热通量、液体流量的增加及粒子体积分率的增大而增加。对于不同粒子,这种变化趋势比较一致,但不同粒子对沸腾传热的强化效果不同。实验结果表明:由于固体粒子的存在,强化了沸腾传热,三相流沸腾传热系数是相同条件下汽液二相流沸腾传热系数的1.3—1.7倍。     

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。     

加入惰性固体粒子的二元物系的流动沸腾传热特性

引　言流动沸腾传热广泛存在于石油、化工、轻工、动力及能源等各个领域 ,但三相流动沸腾传热的研究极少 .李修伦等[1]在流动沸腾系统中加入惰性固体粒子 ,进行了汽 -液 -固三相流沸腾传热的初步研究 .李修伦、闻建平[2 ,3]进一步将三相流和沸腾换热相结合 ,较好地解决了沸腾传热强化和防垢、除垢问题 .李修伦、张利斌等[4 ]又采用循环流化床技术 ,结合粒子在沸腾系统中的强化特性 ,开发了汽 -液 -固三相循环流化床蒸发器 ,它具有良好的强化传热和防、除垢性能 .上述研究均属于单组分三相流动沸腾传热 ,而关于二元物系三相流动沸腾传热的研…