危废焚烧系统中洗涤塔内烟气流动与传热过程数值模拟

以计算流体力学为基础,采用Euler-Lagrange方法对危险废物焚烧系统中洗涤塔内烟气在喷淋过程中的流动与传热过程建立了数值传热传质模型,在Fluent平台上进行了数值模拟仿真,获得了烟气在流动与降温过程中的速度场、温度场和压力场。并且根据模拟结果有针对性的对模型进行了优化改进。对改进后的模型进行数值模拟,确定所改的结构对流场的影响,为洗涤塔的优化设计提供了指导性意见。     

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.     

制冷工质流动沸腾数值模拟中源项模型的研究进展

作为描述流动沸腾过程物理现象的核心,源项在流动沸腾的数值模拟研究中起着至关重要的作用,主要体现在：①反映流动沸腾过程的传热、传质机理;②描述沸腾传热、两相流动特征;③影响数值计算稳定性。源项模型的准确性、适用性及稳定性对于制冷工质流动沸腾机理的数值研究具有重要意义。本文通过文献综述的方法,对现有源项模型进行了梳理。首先从源项在数值模拟中的角色入手,对现有针对流动沸腾数值模拟的源项模型进行归纳;其后分别从纯工质、混合工质两方面对源项模型的研究进展进行具体综述,分析了典型模型（如动力学模型、标量场模型、扩散模型等）的优缺点;同时对源项模型的典型验证方法进行系统总结,包括标准模型验证法、实验验证法。在此基础上,指出了流动沸腾数值模拟中源项模型的发展方向。     

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。     

两相闭式热虹吸管内部过程可视化及其强化传热研究进展

两相闭式热虹吸管(TPCT)内部包含两相流和相变过程,传统的理论分析和实验研究不能直观地给出其内部两相流流动、热质传递以及蒸发冷凝相变的具体过程。本文介绍了常用的TPCT传热模型,并分别对冷凝段、绝热段和蒸发段传热流动过程的理论研究进行归纳总结。综述了实验和数值研究方法对其内部过程的可视化研究现状,流体力学数值计算软件(CFD)为在保证TPCT内部真实情况下对其进行数值可视化研究提供了可能,给出了国内外的CFD研究成果和仿真水平,指出国内在采用CFD的方法对其研究相对滞后。同时,对TPCT的强化传热方法进行系统总结,尤其是高效流体工质较好地解决了强化传热过程中的污垢问题,重点介绍了纳米流体和自润湿流体强化传热的研究现状和焦点。最后,提出采用CFD方法对TPCT内部流动过程、蒸发冷凝和传热传质具体细节进行数值可视化分析,将实验结果、理论计算以及数值研究三者结合,为深入其内部机理研究开辟了新思路。     

扭曲扁管管内流动与传热的三维数值研究

利用计算流体力学和数值传热学的方法,对扭曲扁管三维模型的流动与传热性能进行了数值模拟计算和理论分析,研究了管内流体的Re,Pr以及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响,结果表明,扭曲扁管具有较好的强化传热效果,在管内流体具有高Pr低Re数的条件下,其强化传热效果尤为明显。根据数值计算的结果数据,拟合出了努塞德数和阻力系数的准则公式,对扭曲扁管工程实际应用具有一定的参考价值。     

煤粉锅炉炉膛燃烧一维数学模型的研究

为了有效地进行直流煤粉多相流动与燃烧数值模拟,实现煤粉低NOx燃烧,本文在连续介质模型的框架中建立了综合考虑气—固两相流流动、燃烧与传热的直流煤粉燃烧一维数学模型。应用这一模型对一维煤粉炉炉膛内煤粉燃烧和气体燃烧的数值计算表明,该模型可快速有效地用于模拟直流煤粉多相流动与燃烧过程,给出炉内温度、NOx分布等主要参数。     

管壳式换热器壳程流动与传热的数值模拟与验证

针对目前管壳式换热器中微小流路建模和分析的缺失,采用“分段建模,整体综合”的模拟方法成功地开发了小间隙流路A和E的建模技术,建立了既包含主体流路（B、C）,也包含微小泄漏流道（A、E）的全流路管壳式换热器流动与传热模型,得到了与实际换热器相适应的几何模型。通过应用CFD软件Fluent进行分段模型的流动与传热研究,对各流道在折流空间中对传热和流动的影响进行了分析讨论。同时,采用整体综合技术,将数值模拟获得的局部流动与传热数据综合整理得到了换热器传热和阻力系数的整体法关联式。并将模拟结果与几种著名的壳程计算方法（Donohue、Kern和Bell-Delaware,流路分析）进行了对比,结果发现数值模拟与Bell-Delaware法和流路分析法的结果吻合良好,最大偏差小于20%。     

固定管板式换热器的温度场数值分析

在对实际结构进行合理简化的基础上,以影响流动和传热的主要结构建立了某固定管板式换热器温度场数值计算模型,采用分段模拟、整体综合的方法,利用CFD软件Fluent对该换热器在正常操作工况下的流动与传热情况进行了数值模拟,得到了计算流道上有关各个构件的壁温场分布,并把主要结构CFD数值计算的结果与实测温度数据进行了对比。结果表明,CFD模拟模型数值分析得到的温度数据与实测数据相符,说明温度场的数值模拟分析方法及其流动条件的假定是符合实际的,计算参数选择是合理可行的。有关固定管板换热器中管束、管板和壳体的温度梯度变化情况的分析表明,尽管在它们的轴向、周向和径向都存在温度梯度,但是温度梯度变化最大的方向是轴向,这意味着轴向将产生最大热应力。     

气流床煤气化辐射废锅内多相流动与传热

采用多相流动与传热模型耦合的数值方法,对气流床煤气化辐射废锅内多相流场与传热过程进行了数值模拟。在Euler坐标系中采用组分输运模型计算气体组分扩散过程,并通过realizable k-ε湍流模型计算炉内流场,煤渣颗粒运动轨迹在Lagrange坐标系中计算,并考虑了气固相间双向耦合。利用灰气体加权和模型与离散坐标法相结合,计算了炉内辐射传热过程,并考虑了煤渣颗粒的热辐射特性。结果表明：炉体入口存在张角约为10°的中心射流区,其流速和温度均较高,且周围存在明显回流区,回流区内部分颗粒富集;大部分颗粒直接落入渣池,且粒径越大落入渣池时温度越高;炉内温度分布除中心射流区,整体分布均匀,且随壁面灰渣厚度的增加而升高;计算结果与实验测量结果及文献值基本一致。     

管壳式换热器流体流动与耦合传热的数值模拟

结合化工行业中使用的某型号管壳式换热器的结构图和工艺参数,对换热器的结构进行了合理的简化,利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型。在ANSYS FLUENT14.0数值模拟软件中对换热器的流体流动以及耦合传热进行了数值模拟,得到管程和壳程流体的流速分布、压降情况、温度场变化的细节信息。该工作对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

Modeling and comparison of different syngas cooling types for entrained-flow gasifier

A three-dimensional numerical model has been developed for studying the multiphase flow and heat transfer process in the syngas cooler. The realizable k−ε turbulent model and discrete random walk (DRW) model were adopted to simulate the gas phase and particle phase flow fields, respectively. The discrete ordinate model (DOM) was applied to solve the radiative heat transfer equation, and the gas radiative properties were calculated by weight-sum-of-gray-gases model (WSGGM). The ash particle radiative properties were also considered in the radiative heat transfer calculation. The convection heat-transfer between the gas phase and discrete phase is also considered. The flow field and temperature distribution results are in good agreement with the experimental data. Firstly, the results indicate that the RSC should be the better choice for integrated gasification combined cycle (IGCC) power plant. For cooling-syngas quenching cooler, the outlet region has higher risk of fouling and slagging because the outlet gas and particle temperature are about 940 °C, and exceed the criteria temperature 760 °C (suggested in the literature). Secondly, when the inlet velocity and flow rate of the quenching gas are fixed, the more the quenching gas inlets are, the better the flow field and temperature field are. A recirculation region with the diameter about 1.5–2.0 m is formed in the center of the cooler under the quenching gas profile, and the intensity of the reflux flow increases with the number of quenching gas inlets. The particles are rapidly quenched when the particle flow through the quenching gas profile. Furthermore, the temperature of the quenching gas, and the temperature of the water in the tubes of membrane wall also have important effect on the temperature field in the RSC.     

注塑成型充填过程的可压缩流动分析

注塑成型过程中,熔体在型腔中的流动和传热对制品质量性能有重要的影响.为了预测注塑制品的收缩、翘曲和力学性能,精确预测充填过程的流动及传热历史是十分必要的.本文考虑熔体的可压缩性及相变的影响,将充填过程中熔体的流动视为非牛顿可压流体在非等温状态下的广义Hele-Shaw流动.采用有限元/有限差分混合方法求解压力场和温度场,采用控制体积法跟踪熔体流动前沿,并应用Visual C++实现了注塑充填过程的可压缩流动分析.为了保证能量方程各项在单元内边界的连续性,结点能量方程各项由单元形心处的离散值加权平均获得,因而,能量方程在计算区域内整体求解.对两个算例进行了分析,模拟结果与实验结果的对比,验证了本文数值算法及程序.     

微细通道中R32流动沸腾换热的数值模拟

利用VOF多相流模型对R32在1、2 mm水平光管内流动沸腾换热进行了二维非稳态数值模拟。模拟的工况为：质量流速100 kg·m²·s^-1,热通量12 kW·m^-2,饱和温度15℃。模拟结果显示：2 mm通道内工质的流动沸腾过程依次经历了液相单相流、泡状流、弹状流;1 mm通道内工质的流动沸腾过程依次经历了液相单相流、泡状流、受限泡状流、弹状流。利用模拟所得气相体积分数分布、温度分布,分析了R32管内流动沸腾过程中的基本规律和气泡运动特点,以及管径对流动沸腾换热过程流型的影响。利用数值模拟结果与实验结果进行对比,显示较好的一致性。     

HEAT TRANSFER IN A SUBCOOLED WATER FILM FALLING ACROSS A HORIZONTAL HEATED TUBE

A numerical simulation and an experimental study were carried out for sensible heat transfer for a subcooled water film falling across a horizontal heated tube. A laminar model and a turbulent model were adopted to calculate the heat transfer coefficient. The whole wetting zone on the tube surface was divided into two zones: the top stagnation zone and the lateral free film flow zone. The initial boundary conditions for the free film flow zone were determined by calculating the fluid and the temperature fields in the stagnation zone. A modified wall function method was used for the turbulent model. The comparisons between the experimental data and the numerical solutions show that the experimental data agree reasonably well with the laminar model solutions. Finally, two simple correlations were proposed for predicting the convective heat transfer of a falling film for engineering applications.     

自转螺旋扭带管内三维流动与传热数值模拟

建立了内置自转螺旋扭带管的三维流动模型,采用RNG k-ε湍流模型对管内流场进行了数值模拟,得到了流体的流动和传热特性.研究表明：自转扭带管内的流动是复杂的三维螺旋流动.流体在扭带与管内壁环缝区域的轴向速度比光管的大;流体在与扭带宽度等直径范围内的切向速度随半径的增大而增大,流体在扭带与管内壁环缝区域内也存在明显的切向速度,但随半径的增大而减小;而光管内流体的流动只有随机的切向运动,且其切向速度要比扭带管内的切向速度小2个数量级;扭带管流体的径向速度和湍流度也比光管的大.扭带管内流体近管壁区域轴向、切向、径向速度和湍流度的加大,强化了管内的对流传热,其表面传热系数大于光管.另外,速度场的模拟值与激光测试值进行了比较,二者吻合较好.     

Hydrodynamics and Transport Processes during Centrifugal Short‐Path Distillation

To simulate the centrifugal short‐path distillation process, both two phases and interfacial transport are taken into account simultaneously for the first time. A new computational fluid dynamics model based on the volume‐of‐fluid and species transport methods is built up to analyze the detailed flow and transfer characteristics. A binary system with dibutyl phthalate‐dibutyl sebacate (DBP‐DBS) is used as an example for the investigation with both numerical and experimental methods. The residence time and the effects of operating parameters such as evaporator temperature and feed flow rate are explored comparatively. The simulation result for the liquid‐film thickness shows a satisfactory agreement with literature data. On the basis of the simulation results, we may also obtain detailed characteristics of the heat and mass transfer such as gradients in temperature and concentration and the liquid overall mass transfer coefficient.     

管壳式换热器壳侧湍流流动与换热的三维数值模拟

综合应用体积多孔度、表面渗透度和分布阻力方法建立了适用于准连续介质的N-S修正控制方程.用改进的k-ε模型考虑管束对湍流的产生和耗散的影响,用壁面函数法处理壳壁和折流板的壁面效应, 对一管壳式换热器的壳侧湍流流动与换热进行了三维数值模拟.对计算结果进行了归纳,并与换热器冷态实验、前人的研究结果进行了对比分析,从而证明了该方法能更有效地模拟管壳式换热器壳侧的流动特性,压降实验数据和计算结果符合良好.     

翅片管式换热器传热与流场流动特性的数值模拟

在对大型翅片管式换热器结构合理简化的基础上,应用CFD和数值传热学方法,建立了翅片管式换热器内部流动与传热的数学模型,得到了其内部流场和温度场的分布规律。并将数值模拟结果与现场应用数据比对分析,结果表明,研究方法可行,能为换热器的设计和改进提供参考和借鉴。     

相变微胶囊悬浮液圆管内换热特性模拟

相变微胶囊悬浮液在相变过程中具有较大的相变潜热,可以减小温度的变化程度,且比单相流体具有更高的对流换热系数,成为广泛关注的新型热工流体。本文针对相变微胶囊悬浮液在等热流边界条件下的管内层流,根据差示扫描量热法所得到的相变温度范围,采用矩形等效比热容模型,进行了数值模拟分析,并结合以溴代十六烷为相变材料的相变微胶囊悬浮液的实验数据,将数值模拟结果与实验结果对比并进行误差分析。又对在不同质量分数、不同热流密度条件下的对流换热进行研究,分析了不同参数对对流换热强度的影响。并通过拟合得到了相变微胶囊悬浮液圆管内对流换热关联式。然后改变管径、流速条件重新模拟验证该关联式的通用性,其结果表明模拟结果与预测公式高度吻合,该关联式的通用性较好。