平板降膜波动形态的数值研究

采用电容探针和高速摄像对水膜垂直流下平板的波形进行实验测量。根据实验数据对两种典型的波形建立模型并进行数值计算来研究降膜表面波的内部结构。数值计算假设降膜表面波形状不变且忽略空气对降膜表面的剪应力，得到了表面波内部的速度分布和壁面剪应力的分布。数值计算得到的波速和实验测量值吻合良好。在一种大波幅的波形内部发现回流的现象。     

波形板汽水分离器内分离效率的影响因素分析

基于壁面液膜模型,进行无钩波形板汽水分离器内液膜生成情况的三维数值模拟,模拟中采用Realizable k-ε模型和壁面液膜模型对波形板内的气相和液相进行数值模拟计算,根据模拟结果分析波形板内的分离效率。研究结果表明：在不改变波形板的结构和不考虑二次携带的前提下,随进口速度或液滴直径的增加,壁面形成液膜面积和高度增加,分离效率也随之提高。当进口速度和液滴直径一定时,液膜高度和面积随蒸汽湿度的增加呈先增加后减小的趋势,当湿度达到10%时,液膜高度和面积达到最大,分离效率最佳。     

平板过冷流体降膜流动传热特性的数值研究

本文采用电容探针和高速摄像对沿大平板垂直下降液膜的表面波进行了实验测量。根据实验数据对两种典型的波形建立模型。数值计算假设降膜表面波形状不变,且忽略空气对降膜表面的剪应力,对过冷降膜表面波内部的流动和传热特性进行了计算。研究表明：表面波内部液膜的二次涡流对过冷降膜的换热有重要影响。而大波幅的表面波对于换热的增强主要由两方面的效应构成：表面波内部的对流和二次涡流;二次涡流携带大量质能,从而对等效膜厚的减小作用。     

不同壁面特性下液膜铺展性能数值模拟

液膜在安全壳表面的流动铺展性能对非能动安全壳冷却系统有重要的影响。采用三维数值模拟方法研究了降膜板表面形貌、接触角与液相雷诺数对液膜铺展性能的影响,并将结果与前人的实验和理论结果对比,吻合良好。研究发现,当降膜板为横向波纹板时液膜完全铺展时间、液膜厚度及界面湍动程度明显大于平板与纵向波纹板,此时波纹板波谷处会有循环流动产生。随接触角的增加或液相雷诺数的减小,液膜逐渐从完整流转变为片状流、溪流、滴状流。在纵向波纹板对液膜的导流与撕裂综合作用下,随接触角的变化,液膜的铺展性能与平板相比也发生较大的变化。     

稳定同位素~(13)C分离用高效丝网波纹填料表面降膜流动研究

由于碳同位素分离系数小,分离难度大,需要采用高效规整填料实现~(13)C的分离。本文通过计算流体力学(CFD)数值模拟研究,采用流体体积函数(VOF)方法,研制了用于~(13)C分离的高比表面积丝网波纹规整填料(PACK-~(13)C),建立了PACK-~(13)C填料表面伴随有气相逆流的局部液体降膜流动模型,选用CO(l)-CO(g)为模拟计算物系,考察了板面结构、丝网目数等因素对液膜流动的影响,并对填料表面气液相界面进行追踪,探究了气液相界面波动对传质效率的影响,研究表明,改善填料壁面结构能够增强气液相界面波动,可以实现强化传质过程。填料表面局部降膜流动的研究方法,可应用于填料气液传质过程中涉及的多尺度流动及传质现象的可视化研究,为优化填料结构提供基础性理论指导。     

大平板上液膜冲击附板行为的数值模拟研究

利用FLUENT内的EWF模型对大平板上液膜冲击附板时发生的一系列流动行为进行了三维数值模拟研究。分析了不同工况下大平板上不同流量下降液膜冲击不同宽度和厚度附板后的液膜损失,并对比了一定高度返回槽收集水量的实验值和模拟计算值,两者吻合程度较为良好。分析了液膜冲击附板的流动行为的4个过程,并通过分析附板尺寸和液膜流量对液膜冲击附板行为的影响,得到了液膜损失率与受附板高度影响的液膜溅射空间数和液膜冲击附板时的韦伯数之间的关系,发现EWF模型在模拟降液膜冲击不同焊缝高度的附板时存在不足。     

非能动安全壳中降膜流动与波动特性数值模拟研究

基于非能动安全壳建立了1:45的简化的二维数值模型,在保持无量纲数不变的前提下,利用流体体积函数（VOF）模型捕捉气-液交界面,分析了不同雷诺数（Re）条件下的液膜铺展状况。通过与实验结果的对比,模拟结果能够较好地反映出实验结果中的液膜波动现象,且液膜厚度的变化与Re一致;竖壁降膜过程受多种力的综合作用,波动的液膜可以分成明显的层流底层与独立波两部分,层流底层流速较低而独立波沿流动方向移动较快,随着液膜的铺展,独立波之间发生碰撞和融合并加剧液膜的波动性;随着Re的增加,层流底层的液膜厚度及独立波的振幅都有所增加,同时波动性加剧。      

单钩波形板分离器内二次携带机理分析

通过理论分析与三维数值模拟研究了实际运行工况下单钩波形板分离器内二次携带机理。采用Realizable k-ε湍流模型对波形板内气相流场进行数值模拟,利用离散相模型结合涡交互模型对水滴运动进行计算,根据壁面水膜运动方程求解水膜的速度与厚度分布;依据理论分析,对可能形成二次水滴的4种方式进行判定。结果表明：波形板内发生气体动力造成的水滴破碎与水滴撞击水膜产生飞溅的可能性较低,但较冷态工况的可能性高;水膜主要集中在波形板的前两级,随入口蒸汽速度或湿度的增加,水膜增厚并向下游移动;将水膜剥落和水膜分离的判别式进行统一,并证实波形板二次携带主要由水膜的剥落和分离造成,且相较水膜剥落,钩峰处的水膜分离更易发生。     

基于两相CFD方法的竖直圆管环状流预测研究

基于欧拉-拉格朗日方法,结合壁面液膜模型,模拟圆管环状流中的液滴与连续气相的相互作用、液滴在壁面处的沉积与夹带、液膜的沸腾与蒸发等关键物理现象。通过与瑞典皇家理工学院的环状流实验结果比较,评价欧拉-拉格朗日方法对环状流的预测精度。比较结果表明,数值模拟得到的液膜质量流量与实验测量结果吻合良好,证明所采用欧拉-拉格朗日方法及本构模型能够较准确地模拟环状流动。      

板壁水膜波动流动数值研究

板壁水膜流动特性是影响水膜二次携带的主要因素之一.通过数值方法对某一规格板壁表面水膜波动流动特性进行研究.在对水膜表面进行受力分析的基础上,得出了水膜自由表面的动力学边界条件,建立了板壁水膜波动流动的数学模型.连续性方程采用中心差分格式,动量方程采用迎风和中心差分混合的偏心差分格式,采用Simple算法对板壁水膜波动流动方程进行了求解,采用流体界面追踪法(VOF:Volume-of-Fluid)方法对水膜自由表面进行模拟追踪.计算结果表明,水膜在板壁中部的波动比其它部位剧烈,另外也发现入口扰动频率对水膜波动的影响程度要大于扰动振幅对水膜波动的影响.     

Frequency of Undulations on a Falling Water Film

An experimental study has been undertaken on the frequency of presented by the undulations occurring on the surface of a falling liquid film. The configuration of the film surface was observed by measuring the changes in the film thickness by means of a capacitometer. The flow regime was in the range of turbulent flow region, in which the undulations occur prominently and travel down along with the fluid film. The undulations proceed downward in an almost fixed pattern. The frequency of the passage of crests observed from a fixed point was evaluated from power spectral analysis to be about 20–30Hz, and this value changed very little with the Reynolds number and with heat flux applied to the falling liquid film. It is shown that this constancy of observed frequency is related to the fact that the large undulations move at the same velocity as the bulk of the fluid film, and that the speed of propagation is corresponding to a group velocity for ripples on the film surface.     

基于最小能量模型求解降膜最小湿润率问题的改进

基于最小能量理论建立了求解降膜湿润率模型，并采用Ritz法得到了降膜速度分布、降膜湿润率、最小降膜厚度等参数的理论逼近解。在模型推导过程中，将乘积项中的余弦变量等效为常系数，仅针对包括正弦变量的相关函数进行分析，使得降膜速度分布简化为仅为单方向变量的函数，在保证精度的基础上明显降低了求解过程冗赘性，尤其对于降膜湿润率及其对应的最小降膜厚度的求解提供了极大便利。     

竖直平板水膜表面波演化行为实验研究

设计与搭建了大尺寸水膜稳定性实验台,并进行了竖直平板上降水膜表面波过程参数演化实验。实验中水膜Re的范围为300~1 350。借助高频电容式水膜测厚仪和高速摄像仪等测量设备对水膜表面波速率、波长、频率等参数随平板沿程位移增加的演化行为进行了测量与分析。实验结果表明：中低水膜Re条件下表面波运动速率、波长和频率与沿程位移弱相关;同时,在仔细观察整个小波交融现象演化过程的基础上,对小波交融特征进行了总结。     

下降液膜孤波分析

文章以OoshidaTakeshi液膜厚度规范化公式为基础,用Auto2000连续与分叉软件研究中等雷诺数下的下降液膜表面单峰和双峰两种类型孤波波形。计算给出了孤波波速与雷诺数之间的关系曲线,该曲线与文献中的理论和实验结果相吻合。计算结果表明,这两种类型孤波的波幅均随着雷诺数的增加而增加,随着韦伯数的减少而增加。     

竖直平板降水膜表面波波动特性实验研究

设计与搭建了大尺寸水膜稳定性实验台,并进行竖直平板上降水膜表面波波动特性实验研究。实验中水膜雷诺数Re的范围为20～1200。借助电容式水膜测厚仪和高速摄像仪对水膜表面波形态、波幅、波速和波频等过程参数进行测量与分析。实验结果表明：中低水膜Re条件下孤波振幅、弧波波速分别与水膜Re成正比;孤波频率与水膜Re成弱相关性,入口扰动条件与初始轮廓对孤波频率的影响远大于水膜Re的影响。     

竖壁冷态降液膜流动统计特性实验研究

对冷态降液膜在大平板上的流动特性进行了实验研究,运用电容式精密测微仪测定垂直降液膜的厚度,考察了在无蒸发情况下雷诺数对降液膜厚度和流量对液膜覆盖率的影响规律,得到平均膜厚经验关系式,并认为液膜在达到临界膜厚后,随流量增加只会使覆盖率增大而厚度几乎不变,发现同流量下接触角较小的平板上液膜覆盖率较大。     

竖壁降液膜流动纵向及水平发展规律研究

采用高频率电容式测厚仪测量并分析了降液膜膜厚和波动的统计规律,得到了降液膜沿竖直大平板流动平均膜厚经验关系式,发现了液膜流动的横向扩展和纵向发展规律。结果表明,降膜在竖直发展2.6 m后可能已基本充分发展。     

垂直下降液膜波动特性实验研究与谱分析

利用平面激光诱导荧光技术（PLIF）结合数字图像处理对不同Re下液膜厚度的实时变化进行测量。通过MATLAB内建功率谱密度计算函数对液膜波动的时间序列进行进一步的处理,获得了液膜波动特性的功率谱密度(PSD)曲线,对不同Re下的液膜波动规律进行了频谱分析。结果表明：液膜波动具有显著的多频特性,且各频率有优劣之分,孤立波数量虽少,却携带液膜波动的大部分能量,对液膜波动的贡献不可忽略。液膜波动幅度与Re有关并呈现出一定的规律性：小Re时,液膜的波动幅度与Re有强烈的相关性,随Re的增大而增大;中等Re时,液膜的波动幅度基本保持稳定;大Re时,孤立波的出现使液膜波动幅度急剧增大,液膜波动不稳定性增强。