叶轮起旋水合物管道螺旋流动及传热数值模拟

为了进一步研究输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律,建立了圆管螺旋流的三维模型。采用RNG k-ε模型和DPM模型对天然气管道内的气固两相螺旋流动和传热进行了三维瞬态数值模拟。主要研究了水合物管道内不同横截面的速度场、壁面剪切力、水合物颗粒停留时间、水合物颗粒浓度分布规律以及传热规律。研究结果表明:螺旋流具有较强的颗粒携带能力,对增强水合物颗粒之间的传热,防治输气管道中水合物堵塞问题有较好的效果。研究结果可为保障输气管道的安全输送提供理论指导。     

输气管道水合物颗粒螺旋流动数值模拟

为了对输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律做出进一步研究,利用ICEM软件对天然气管道内的气固两相螺旋流进行了三维瞬态数值模拟与仿真。研究了天然气管道内不同横截面的速度场、水合物颗粒体积分数分布规律以及水合物颗粒沉降规律。模拟结果表明:当水合物颗粒体积分数达到8%左右时,螺旋流的切向速度衰减迅速,对水合物颗粒的携带能力也急剧下降,衰减速率是无颗粒螺旋流的几倍;螺旋强度较大时,流体速度曲线表现出"双峰"特点,螺旋强度较小时,流体速度曲线表现出"抛物线"特点;流体速度是影响颗粒运动的主要因素,叶轮角度是次要因素,流体携带能力与颗粒体积分数及颗粒粒径成反比。所得结论可为输气管道的安全输送提供理论指导。     

弯管内天然气水合物颗粒螺旋流动特性数值模拟

螺旋流动较普通管流对固体颗粒具有更大的输送能力,但流动也更为复杂,尤其是在管道弯管处.采用RNG k-ε模型和DPM模型,对流体携带颗粒螺旋流动经过水平90°弯管时的流动特性进行了数值模拟,其中起旋器为短扭带,扭率为6.2、7.4、8.8,水合物颗粒粒径为0.06 mm、颗粒质量流量为10-6 kg/s;将模拟结果与实...     

粉煤三通换向阀内气固两相流动的数值模拟

本文采用CFD数值模拟方法对粉煤三通换向阀内的气固两相流动进行了数值模拟研究,得到了阀门的内流场特性。模拟分析结果可为流道结构优化指明方向。     

螺旋折流板换热器壳程流动与传热数值模拟研究

借助Fluent软件，建立了螺旋折流板换热器壳程通道的三维物理模型，采用RNG κ-ε模型，对壳程内的流动与传热进行了数值模拟研究，得到了不同雷诺数下换热器内的速度矢量、温度分布，即平均阻力系数及Nu数。结果发现，壳程的流动为近螺旋线流动，存在局部回流与流线短路；流体在折流板迎风侧的流动较理想，但背风侧流动需要进一步改善。类比定律分析表明，螺旋折流板换热器的流动虽然比弓形折流板理想，但还远没有达到理想的协同状态。     

催化裂化提升管内气固流动特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型及颗粒动力学理论对Y型提升管内的气固两相流动进行了三维数值模拟研究。分析了提升管内的气固流动特征,比较了不同表观气速和不同颗粒循环量下提升管内的运动特性。研究结果表明,提升管内存在典型的非均匀流动特点,固含率轴向分布为单调递减分布,径向分布为典型的环核流动结构,表观气速和颗粒循环量对提升管内的流动有重要影响。     

提升管反应器固两相流动反应模型及数值模拟

在气固两相湍流流动模型和细致的催化裂化反应动力集合模型基础上，全面系统地考虑两相流动，传质，传热、反应等复杂因素，建立了催化裂化提升管反应器三维气固两相流动反应模型，形成了相应的数值解法，编制了大型的模拟计算程序，并以此对工业提升管反应器进行数值模拟研究，展示其内部流动，传热，传质及反应等化学工程细节。     

空气钻井偏心环空气固两相流动数值模拟

基于欧拉多相流模型,建立空气钻井偏心环空气固两相流动数学模型,借助FLUENT软件对计算模型进行求解;得到了稳定流动后井筒内气固两相流动速度场、压力场及两相浓度分布规律。分析表明,整个流场沿着两圆中心连线呈对称分布,宽、窄间隙处轴向速度差异较大;且受边界层效应的影响,靠近内、外两圆壁面处流速最小。出口处岩屑速度小于空气速度;而轴向越靠近出口,宽间隙区域空气速度越大,窄间隙区域空气速度越小。     

井下螺旋分离器内气液两相流场的数值模拟

根据井下螺旋分离器中气液流场的分散、流动状态以及力学特征,选取颗粒轨道模型作为气液两相流计算模型,运用流体力学软件FLUENT对不同螺旋结构下的气液两相流场进行数值模拟及可视化处理与分析。结果表明,分离器螺旋圈数越多,颗粒越易分离;螺旋结构相同时,颗粒直径越大越易分离,并确定了螺旋分离器的最佳螺旋结构。     

导流条安放角对气固两相螺旋流动特性的影响

为了保证天然气的安全输送,对以导流条全程起旋的水平管中气固两相螺旋流动进行数值模拟研究。采用DPM模型和RNG k-ε模型对流体流场进行流-固耦合计算,研究不同导流条安放角对水平管内不同横截面流动特性的影响,并引入管道旋流效能评价参数ξ来表征单位长度上压降产生的旋流数大小,优选出最佳安放角。研究结果表明:导流条安放角越大,切向速度越大,轴向速度越小,湍动能越强,压降越大,导流条安放角20°的管道温度梯度变化较快,传热效率最高;在计算工况范围内整管段内颗粒不会在管底沉积,安放角25°的管道导流条附近颗粒浓度极大值区域最大;安放角在10°~25°范围内每增加5°,参数ξ增加0.12,并在安放角25°时达到极值;当安放角大于25°时,参数ξ开始减小,因此选取25°为最佳安放角。研究结果可为螺旋管流安全输送天然气水合物提供理论依据和技术指导。     

3种强化传热炉管的流动和传热特性的数值模拟研究

利用数值模拟方法对梅花管、MERT管和扭曲片管3种强化传热炉管进行了流动和传热特性的研究。采用RNGk-ε湍流模型求解了动量方程和能量方程,给出了3种强化传热炉管的流动和传热特性,包括速度场、湍动强度场和温度场的分布;计算了3种强化传热炉管的压降、摩擦系数、努塞尔数(Nu)和强化传热综合因子。研究结果表明,梅花管主体为活塞流,MERT管和扭曲片管为旋转流;管内湍动强度在强化传热构件附近相对较大;管内流体温度场比较均匀。由强化传热元件产生的压降和摩擦系数的大小顺序为:MERT管>梅花管>扭曲片管;Nu的大小顺序为:MERT管>梅花管>扭曲片管;强化传热效果的优劣顺序为:扭曲片管>梅花管>MERT管。     

裂解炉炉膛流动及传热状况的数值模拟

以计算流体力学软件为工具,采用合适的燃烧模型和湍流模型,对乙烯裂解炉炉膛燃烧中的烟气流动分布和温度分布进行数值模拟,得到乙烯裂解炉炉膛中的流场和温度场等详细信息,揭示了炉膛内烟气流动、燃烧和传热过程的基本特点。模拟结果表明,烟气在底部烧嘴的射流核心区周围形成回流,沿着燃料气的射流方向,烟气的流速分布趋于平坦,回流现象消失;炉膛各方向上烟气温度分布不均匀,在炉膛的中部出现了炉膛的高温区域;烧嘴位置的不同造成炉管周向存在温度差异。     

扁管管内流动与传热的三维数值模拟

通过数值计算考察了几种扁管和普通圆管的管内流动与传热性能。计算时采用标准k-ε模型。结果表明,在换热管入口质量流量相同且壁面温度恒定时,扁管的表面传热系数和进出口温差均高于圆管,说明扁管是一种强化传热元件。扁管的压降比普通圆管的高,所以实际应用中应综合考虑流量大小和扁管的承压能力。     

波纹管内湍流传热数值模拟

采用数值模拟方法研究了幅值分别为3mm、4mm的两种波纹管的湍流传热性能,发现幅值为4mm的波纹管换热效果优于幅值为3mm的波纹管,幅值为4mm的波纹管壁面剪切力更大是致其换热效果较好的直接原因。波纹管壁面剪切力沿轴向周期性变化,喉结处壁面剪切力最大。波纹管纵向涡及流道形状周期性变化是传热获得强化的根本原因。引入壁面剪切力、纵向涡等参数,并与传热性能相关联,为波纹管换热器研发提供借鉴。     

基于计算流体力学数值模拟的板式热交换器传热与流动分析

以新型鼓泡板式热交换器作为研究对象,通过计算流体力学软件,对鼓泡板冷、热两侧通道进行了数值模拟。板内流体流动研究表明,相同流速下,冷侧通道流体湍流强度高于热侧,压力损失也高于热侧;热侧通道由于扭曲泡相互接触造成阻挡作用,相较于冷侧通道,传热效果较差。将数值分析结果与试验值进行了对比,验证了数值分析结果的准确性,该数值分析结果对改善板式热交换器传热效率有一定指导意义。     

内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热数值模拟

建立了换热管内流体流动与传热三维数学模型,对内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟并与实验结果进行比较。模拟结果表明,内置转子组合式强化传热装置换热管内冷热流体产生了置换混合的效果,充分换热,管内温度梯度小于1 K,进出口温差较光管提高了29%;流场变为复杂的三维螺旋流,加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动,使传热强化并起到清洁污垢的作用,但管内压降较光管增加了4.7 kPa;与光管相比,表面对流传热系数的平均值提高了7%,而且表面对流传热系数的分布也变得均匀。实验结果与模拟结果符合较好。     

高含硫气藏气-固两相多组分数值模型

高含硫气藏属于一类特殊高危性气藏,在开发过程中,伴有元素硫的析出、沉积、气相组成变化和沉积硫堆积在孔隙喉道污染地层等特殊现象。一般气藏数值模型没有考虑这些因素的影响,使得基于一般气藏数值模型的数模软件在模拟中不能反映高含硫气藏的开发特性。因此,文章在综合考虑这些因素的基础上,假设析出的固态硫不随气流运移,建立三维气-固两相多组分数学模型,利用Carman Kozeny沉积伤害模型描述硫沉积对地层孔隙度和渗透率的伤害;使用Roberts所提出的硫溶解关系式描述硫在酸气中溶解度变化;应用IMPES方法将数学模型转换为隐式求解压力、显式求解饱和度的数值模型。在模型中,元素硫的质量守恒关系是从“组分”角度来分析的,因为元素硫在单一的气相或固相中不满足质量守恒。该模型能反映高含硫气藏中元素硫的沉积、气藏流体组分随开发的变化以及沉积硫对储层的伤害等     

蜂窝板内流动与传热的数值模拟及结构优化

利用Fluent软件,采用正交设计方法,对9种不同结构参数的板壳式换热器蜂窝板内的流动与传热进行数值模拟。模拟结果表明,蜂窝板内呈特定形状分布的蜂窝迫使流体和蜂窝点不断相碰撞形成射流,产生局部小漩涡,加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动;在蜂窝高度、蜂窝间距和焊点直径3个影响因素中,蜂窝高度是影响蜂窝板传热系数、压降及综合性能的最主要因素;蜂窝高度越小的蜂窝板能获得较高的传热系数,但会产生较大的压降,使综合性能降低,在实际应用中应根据具体情况选择合理的结构参数搭配。     

水下采油树系统内部管道传热数值模拟

由于海水的冷却作用,水下采油树系统中的原油容易结蜡或形成水合物,并发生沉积,甚至堵塞流道,严重影响油气田安全高效经济运行。在概述水合物主要防治技术的基础上,建立了水下采油树内部管道传热模型,定义了流固耦合界面,分别模拟无保温层时原油在5、10和20m/s这3种初始速度下进入内部管道后的传热情况,探讨了海水冷却作用的影响。研究结果表明,原油必须以一定速度流经管道,这样一方面可以避免温度下降过快导致流体黏度上升和流速变慢,另一方面原油以一定速度流经管道可以将边缘将要成核或已经成核但尚未成团的水合物带走,不至于逐渐积聚成块。