内置自旋扭带换热管流阻的计算

对内置自旋扭带换热管内流体运动以及压力降进行了理论分析。内置自旋扭带换热管的轴向流体阻力由2部分组成,一为管内流体与管壁间的摩擦力(即阻力),二为流体与自旋扭带摩擦力的轴向分量。着重研究后者,得到其表达式Δp1;安装了自旋扭带换热管的流体压力降Δp为Δp1与未安装自旋扭带换热管的流体压力降Δp2之和,从而推导出内置自旋扭带换热管流体压力降Δp的理论计算式。进行了内置26个型号自旋扭带换热管的流阻试验,理论计算值与试验结果一致。     

2种材质自旋扭带的转动与压降特性

换热管内置的自旋扭带由薄金属片或塑料片制成,为探明这2种材质扭带的转动和压降特性,选用铝和聚丙烯2种材质的自旋扭带为研究对象,对比分析结构参数和流量对这2种材质扭带转动和压降特性的影响规律。分析结果表明:2种材质扭带转速和压降随流速增大而增大;扭带的宽度和扭率越小,转速越高;扭带的宽度越大且扭率越小,则压降越大;在相同宽度和扭率条件下,聚丙烯扭带的起转流速低于铝制扭带。在相同流速及结构参数一致的条件下,铝制扭带转速高于聚丙烯扭带,而压降反之。根据试验数据拟合出内置铝制或聚丙烯扭带后换热管的压降增量和阻力系数关联式,其预测值与试验值对比的平均绝对误差分别为2.1%和2.3%。研究结果可为工程中扭带的选型提供参考。     

导叶式旋风管入口环形空间内气相流场数值模拟

利用Fluent软件和雷诺应力模型(RSM)对装有分流型芯管的导叶式旋风管内部三维强旋湍流流动进行了数值模拟计算,尤其是将入口环形空间和芯管内的气相流场数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明,数值模拟值与实验值吻合较好。部分气流通过芯管上的细长开缝进入芯管,实现气体的分流,通过两股不同方向旋流的相互作用,使得芯管内气流的旋转速度降低。     

叶片式旋风管流场数值模拟研究

为完成天然气输送中的净化,探究含杂质天然气在旋风分离器中的流动和分离规律,以常温下的甲烷气体近似替代天然气作为研究对象,运用数值模拟方法对叶片式多管旋风分离器中单管流场的压力、流速和湍流情况进行了分析。数值模拟计算结果表明:1叶片式旋风管主筒内的外旋流压强较高,内旋流压强较低。整个旋风管中心处的压力最低,横切面压力变化呈近似V型分布。2从入口到出口,单管压降约为5.3kPa。3横切面速度值沿轴向变化不大,成驼峰状分布。4湍流动能集中于主筒的环形空间中,湍流动能耗散率比较高的区域则分布于排气口处和主筒较小的环形区域内。5排气管入口处气流速度最大,容易引发气流短路与扰流。模拟分析的结果总体上与工程实际测量吻合较好。     

内插自振弹簧换热管传热性能试验研究

对6种不同几何参数的内插自振弹簧换热管和光管的传热及阻力特性进行了试验研究,结果表明,内插自振弹簧换热管的存在增加了对流体流动的扰动,破坏了管内侧的层流层,起到了扰流作用,提高了换热管的换热能力。内插自振弹簧换热管强化传热综合性能Nu/ξ1/3是光管的1.03～3.21倍,强化传热综合性能优于光管。     

钉头管套管换热器对流换热的数值模拟

为了获得换热器中强化换热管对换热性能的综合影响,运用FLUENT软件,采用三维模型和k-ε模型对钉头管和光管套管换热器进行了数值模拟,分别模拟了该两种套管换热器在湍流情况下的换热性能。数值计算结果表明,在相同流动条件下,钉头管换热器比光管换热器总传热系数可提高约88%。     

不同针翅形状换热管的数值模拟

以水和柴油为换热对象,对三种不同针翅形状的换热管压降Δp、总换热系数K、综合换热性能ho/Δp进行数值模拟,得出滴形针翅换热管的传热和阻力性能均较圆柱形针翅管的好,椭圆形针翅管的传热性能不及滴形和圆柱形针翅管,但阻力是三者中最小的结果.     

螺旋管内油水分离流场数值模拟分析

利用Fluent软件,采用Realizablek-ε模型对不同流速、不同开孔条件下螺旋管内部流场进行了数值模拟分析。入口流速较高时,螺旋管内油水界面为向内侧管壁倒伏的"V"字形,"V"字形内侧为油相,外侧为水相;螺旋管横截面上流体速度与压力沿径向由内侧管壁向外侧管壁逐渐增大。根据模拟结果提出了螺旋管开孔优化设计方法:在高入口流速下,螺旋管外侧管壁开孔位置应选择在螺旋管横截面水平位置及其上、下一定角度处(同时开孔),从而提高油水分离效率;在保证管内压力为正值的前提下,可考虑在内侧管壁开孔释放分离出的油。为降低系统压损,应尽量降低入口流速。     

涡轮式气流分级机压降分析及流场模拟

涡轮式气流分级机是超细铁矿粉的主要生产设备,在分级精度和分级效率上一直不高。为此,结合转轮转速和入口风速匹配关系,对转轮入口速度三角形进行分析,运用CFD流体动力学及力学相对运动理论对叶片间压降进行分析,得出分级轮叶片间速度分布规律。并利用FLUENT软件对不同叶片数结构转轮进行建模和数值模拟。数值模拟结果表明:转轮叶片长宽厚和进风速度对入口处流体的运动速度有直接影响;提高转轮转速能获得更细粒径,但容易造成流场不均匀,降低分级精度;通过适当增加叶片数能改进流体速度的分布规律,从而提升分级效率;提出了增加叶片数的新转轮设计方法,通过数值模拟和物料试验证明该新结构在一定工况下流场分布均匀,分级效率提升。研究结果对涡轮式气流分级机的设计具有一定的指导作用。     

天然气单流涡流管流场与温度场数值模拟

单流涡流管(SCVT)对传统涡流管(RHVT)的结构进行了改进,在天然气管道调压系统的在线加热方面具有较大的安全、节能优势。为了使SCVT技术能更好地适应天然气管道系统的工况调整和环境温度变化,基于前人关于RHVT的研究成果,建立了SCVT流场和温度场计算模型,采用ICEM和FLUENT软件分别对计算区域进行了结构化网格划分和三维数值模拟;进而根据环道实验数据对计算模型进行了验证分析,针对SCVT在典型工况下的切向运动、轴向运动、静压、静温、短路流等特性进行了数值模拟研究。研究结果表明:①流场由一系列沿热端管方向流量不断衰减的"短路流"构成;②流场结构存在着平行于管中心的能量分离界面,界面的轴向速度为0,静压不随轴向位置变化,界面两侧的内、外旋流的轴向速度相反;③在靠近喷嘴的前半段,径向方向的静压、静温、切向速度和轴向速度差异较大,能量分离效果显著;④静温在管壁处最高,并沿着热端管方向近似呈指数趋势升高,较大的热端管长径比增大了与被加热气体之间的换热面积,有利于提高SCVT的加热性能。结论认为,该研究成果可以为涡流管加热技术的推广应用提供技术支持。     

内插螺旋弹簧换热管核心流强化传热特性研究

采用FLUENT模拟计算及实验这两种方法,对内插不同圈径螺旋弹簧换热管在核心流区域的传热特性进行了研究,综合分析了内插螺旋弹簧圈径大小对管内速度场、温度场及对核心流强化传热效果的影响。结果显示,在管内核心流区域插入不同圈径螺旋弹簧具有显著的强化传热作用,增加幅度为5%~20%;管内核心流区域插入螺旋弹簧的强化传热效果与插入弹簧的圈径大小以及流体状态有关,存在一个内插螺旋弹簧的最优值。     

直切双入口旋风分离器流场及分离效率的数值模拟

 采用RSM模型对直切式单、双进口型旋风分离器三维流场和分离效率进行数值模拟。结果表明,双进口型旋风分离器改善了单进口型式流场的不对称性,减小了流场内部的涡流,径向速度和总压也明显降低;在相同处理量下,当双进口型式的进口气速比较低时,并不能提高分离效率,只有当进口气速高于15.6 m/s后,其效率才明显高于单进口型式的旋风分离器。     

直切双进口旋风分离器流场及分离效率的数值模拟

采用RSM模型对直切式单、双进口型旋风分离器三维流场和分离效率进行数值模拟。结果表明,双进口型旋风分离器改善了单进口型式流场的不对称性,减小了流场内部的涡流,径向速度和总压也明显降低;在相同处理量下,当双进口型式的进口气速比较低时,并不能提高分离效率,只有当进口气速高于15.6m/s后,其效率才明显高于单进口型式的旋风分离器。     

多管式旋风分离器内气相流场数值模拟

应用数值模拟的方法研究了多管式旋风分离器内的气相流场,研究发现,单管压降是多管旋风分离器压降的主要部分,约占90％。在灰斗内单管排尘口以下轴向速度逐渐减小,在尘口以下200mm处轴向速度值几乎为0,气流不会夹带颗粒向上返混。在进气均匀的情况下,依然存在着窜流现象,窜流率约为10％。单管分离空间底部存在摆尾现象,排尘口下部区域内压力分布不均,是导致窜流现象发生的直接原因。     

多级离心泵内动静干扰流场的数值模拟

为了分析离心泵内动静干扰作用和压力脉动特性,基于Fluent软件并运用滑移网格技术求解了三维非稳态Navier-Stokes方程和标准的κ-ε湍流方程,并对内部流场进行了多工况非定常数值模拟。计算得出了离心泵的性能曲线,还得到了内部的压力和速度分布以及在不同流量下的压力脉动时域和频谱特性。计算结果表明,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体出现涡流;各工况下离心泵内压力脉动呈明显的周期性变化规律;叶轮与导叶间动静耦合处的压力脉动主要受叶频的影响,叶频是流道内压力脉动的主频;不同流量下主频相同,但主频振幅稍有不同;旋转叶轮与静止导叶间的动静耦合作用是压力脉动的主要来源。     

内置洁能芯换热管强化传热数值模拟研究

从数值模拟的角度,采用CFD流体分析软件Fluent6.0对洁能芯进行流动特性与传热特性的研究,参照洁能芯强化试验进行模拟,将试验结果与模拟结果进行比较。结果表明,内置洁能芯换热管内流体流动由通常的直线流动变为有规律性的三维螺旋线旋转流动;在转子的作用下热量传递有效增强,换热速率较快,换热管的表面传热系数在整个管长方向分布比较均匀,说明流体被充分地混合,传热效果较好;内管流体沿管长方向温度均匀下降,整体变化了3℃左右。     

内外流动介质下强化换热管耦合传热数值模拟

以强化换热管为研究对象,建立了以水为介质的轴对称数值模型。应用计算流体软件CFX对光管及2种强化换热管（缩放管、波纹管）的传热特性及流动规律进行数值研究。结果表明,数值计算得到的光管总传热系数数值与经验公式计算结果吻合很好。与光管相比,强化换热管壁面结构改变了流体的流动状况,对流道的流场产生重要影响。在相同流动条件下,缩放管与波纹管的总传热系数数值均有较大程度的提高,强化作用明显。为此类产品的进一步理论研究和分析方法推广提供了依据。     

粗旋风分离器内气相流场研究与数值模拟

采用CFX软件提供的DSM模型对催化裂化沉降器内粗旋风分离器中的气相流动规律进行了数值模拟,并与用五孔探针测试的流场进行了比较。结果表明,采用合适的网格系统和边界条件等,DSM模型对粗旋风分离器具有良好的预测精度。对实验和模拟结果的分析表明,粗旋风分离器内流场与常规旋风分离器的流场不同,升气管和料腿均存在回流区,升气管回流区最大可波及分离空间,对分离空间流场有很大干扰。料腿直径的减小以及灰斗的存在使升气管排出的气量增大并使升气管、料腿回流区大幅减小,从而在宏观上保证了气固分离效率和较小的气相停留时间。     

PV型旋风分离器内三维流场的数值模拟

采用雷诺应力模型(Reynolds stress model，简称RSM)，在三维贴体坐标系下采用SIMPLE算法求解控制方程，应用Fluent程序数值模拟PV型旋风分离器内三维流场。计算结果与实测值相吻合，轴向速率在中心处有滞流、回流，环形空间顶部有二次流，排气管末端有短路流。随着排气管直径的减小，切向速率增大。     

自进式岩屑磨料直旋混合射流钻头流场数值模拟

为了解决超短半径径向水平井水力钻头破岩效率低的问题,将膛线引入水力学中,利用膛线的螺旋切割产生直旋混合射流,同时根据磨料射流高效破碎靶件的特点,利用岩屑产生磨料射流的优势,设计了A、B 2种结构的自进式岩屑磨料直旋混合射流钻头,并利用数值模拟方法分析了钻头的流场分布规律。分析结果表明,钻头的螺旋切槽能够形成旋转射流,磨料漏斗均能吸入岩屑形成磨料射流;钻头的扩展段和井底两侧均能产生涡漩,该涡漩可以促进岩屑翻滚,进而提高清岩效果,轴向速度分布规律与常规喷嘴圆形射流规律相似;自进式岩屑磨料直旋混合射流钻头设计时应优选A型。