二氧化碳微通道气体冷却器的数值仿真与性能优化

建立了跨临界CO₂制冷系统中微通道气体冷却器模型,对管内CO₂和空气侧的流动和换热进行了数值仿真.比较了多种工况下的仿真结果与实验数据,验证了该模型正确性;并运用该模型分析了各种参数下的气体冷却器的性能,可用于指导优化设计.     

垂直上升绝热管内汽、液两相流的压降

针对蒸发过程中沸腾层内汽、液两相流的流动状态,对垂直上升绝热管内汽、液两相流流动状态(泡状流和弹状流)中压降的主要部分采用与实际情况相近的模型进行分析,对压降的次要部分采用均相模型和分相模型进行分析,通过积分推出两相流体在区间[Z_1,Z_(1+1)]内总压降的计算式。本文理论计算值与实验结果符合较好。     

CO等气体在苯酚中的溶解度的测定及关联

建立了一套用于测定高中压下气体在黏度大、易结晶高黏度溶剂中溶解度的汽液平衡测定装置,该装置采用整体温浴、流动的方法很好地解决了溶剂苯酚易结晶而带来操作困难的问题,利用该套高中压汽液平衡测定装置,在不同温度和压力下,测定了CO₂、CO、N₂、O₂气体在纯苯酚中的溶解度数据.采用RK方程的维里展开式和正规溶液理论推算得到的气体溶解度与温度和压力的函数关系式,并对相同温度和压力下CO等气体在纯苯酚中的溶解度进行了三参数关联,得出了溶解度的计算模型.最后,用这一模型关联计算CO₂、N₂、O₂和CO在纯苯酚中的溶解度,结果表明,计算值和实验值误差较小,因此,该计算模型可以用于对相同温度下加压气体在纯苯酚中溶解度的关联和内插计算.     

CO2充注量对跨临界轿车空调系统性能的影响

试验研究了CO₂充注量对跨临界轿车空调系统性能的影响.研究表明：CO₂充注量对跨临界制冷系统的性能影响很大,存在一个最佳的CO₂充注量,此时COP最大;CO₂充注量不足,会导致制冷量和COP降低,CO₂充注量过多,会导致压缩机耗功大幅度上升;制冷循环随CO₂充注量的不同,具有6个特征明显的工作循环.根据这些表现特征,提出了用4个参数作为判断CO₂充注量是否合适的特征参数.为确定跨临界制冷系统的最佳充注量、对系统进行优化设计和高效运行控制提供了参考.     

基于分相流模型的气液两相流流量测量

从伯努利方程出发,基于分相流模型,推导出气液两相流流过文丘里管的流量公式.在分析了两相流通过节流装置的实际流动情况后,作者认为气液两相滑移比是影响流量公式误差的一个重要因素.在理论与实验研究的基础上,作者提出了气液两相流流过文丘里管的滑移比经验关联式.利用作者提出的滑移比经验关联式和分相流模型的流量公式测量两相流流量,体积流量误差的均方根小于5.1%,表明该方法适用流过文丘里管的两相流流量测量,尤其对于两相流动激烈的两相相互作用区域,流量误差满足测量的要求.     

高压环境下垂直管内汽液搅混流相界面特征

采用数值计算方法,基于流体体积模型(VOF)分别对5.07,10.13,17.22 MPa高压环境下垂直管内水蒸汽-水搅混流进行数值模拟,研究了环境压力、汽速和液速对汽液搅混流界面波临界振幅、形成周期和相界面稳定性的影响。采用通过实验结果验证的数学模型进行了模拟计算,结果显示,伴随压力的增大,汽液相界面的稳定性得到显著提高,界面波的形成周期也随之延长。界面波临界振幅随环境压力的增大而增大,液速的降低或汽速的提高有利于降低界面波临界振幅,但是环境压力越大,这种影响越小。根据汽液两相流动特性,分析认为出现以上现象是由于汽液物性的不同所导致的。     

三相循环流化床蒸发器防除垢机理

引　言结垢是蒸发器加热壁面上经常遇到的问题 .垢层严重地降低了换热效率 ,使传热过程迅速恶化 ,蒸发器的防、除垢问题受到人们的普遍重视 .张利斌、李修伦等[1] 研究了汽液固三相循环流化床蒸发器沸腾传热和防、除垢性能 ,本文进一步考察该蒸发器的防、除垢机理 ,并对其进行了分析 .1　汽液固三相流剪应力“混相流”模型根据文献 [1],蒸发管内的汽液固三相流动呈现“混相流”的特性 ,因此为便于分析及突出问题的基本特征 ,假设 :(1)温度场引起的物性变化忽略不计 ;(2 )蒸发管内的汽液两相流动视为均相流动 ,蒸汽的惟一效果是改变了“流体…     

大管径垂直管道内高压汽液混合流动的数值研究

采用流体体积模型(VOF)对高压环境下190 mm大管径垂直管内水蒸汽-水混合流动进行数值研究。数值计算得到了5.07,10.13与17.23 MPa高压下大管径垂直管内汽液流型分布图及搅混流态的相分布图和速度场分布,并与常压下的计算结果进行对比,以研究压力环境带来的影响。数值结果表明,高压环境下大管径垂直管内的流型图与Hewitt和Roberts流型图的吻合度较差。高压环境下大管径垂直管内没有出现雾状流;泡状流和搅混流的发生区域扩大;弹状流的发生区域被压缩得很小;环状流的变化最小。随着压力的增大,大管径垂直管内汽液搅混流中界面波的高度有所降低;液膜铺展在壁面的面积扩大;系统的稳定性提高。速度场分布是管道中心处速度较大;近壁面处速度场发生振荡;壁面处速度迅速减小至零。随着压力的增大,近壁面处速度场振荡的紊乱程度减轻。根据汽液两相流动特性,分析了发生以上现象的原因。     

超临界CO2萃取丁香油的数值模拟

为了预测超临界CO₂萃取挥发油动态过程,根据挥发油在超临界CO₂与物料之间的质量传递平衡,采用集总参数法建立超临界CO₂萃取丁香油过程的数学模型。结合不同温度、压力、粒径和CO₂流速条件下的实验结果,对方程进行了合理的简化,并利用实验数据拟合出模型中CO₂密度、粒径和流速的系数。验证结果表明模型的计算值和实验值的平均相对误差在6. 88%～57. 78%之间,建立的数值模型能较好地描述实际的超临界CO₂萃取丁香油行为。     

垂直上升绝热管内汽液两相流截面含汽率的确定

本文提出在蒸发过程中汽、液两相流的流动机构为泡状流和弹状流。根据汽泡、汽弹在静止液中的上升速度,求得了上升流体中汽泡和汽弹的上升速度。得出泡状流和弹状流截面含汽率的计算式。用γ射线法对蒸发过程中汽、液两相流截面含汽率进行测试,并确定了式中的待定系数。     

垂直圆管内液氮流动沸腾的理论模型及数值模拟

分析了液氮流动沸腾过程中气液两相间动量、能量以及质量的传输规律,建立了相应的理论模型,新模型重点修正了界面面积浓度和气泡挣脱直径的计算式;采用新建立的理论模型作为封闭方程对CFX-4.3中内建的双流体模型进行了修正,并采用修正后的双流体模型模拟了液氮在垂直圆管内的流动沸腾过程.数值模拟的结果与文献中的实验数据吻合较好,证明了本文所建模型的合理性.通过数值模拟发现,两相流参数分布的不均匀性对液氮流动沸腾过程中的热质传输特性有重要影响.     

加热上升管内过冷流动沸腾数值模拟

采用计算流体动力学（CFD）程序CFX4.4对加热上升管内过冷流动沸腾工况下气水两相流动局部两相流参数（空泡份额和汽泡尺寸）进行了数值模拟。对数值差分方法、相关模型（界面力和气泡诱导的紊流）和汽泡尺寸进行了敏感性分析。空泡份额分布计算结果与实验结果比较表明,在低空泡份额工况下,两者符合较好,在高空泡份额工况下两者存在一定偏差,并且气相速度和汽泡尺寸的计算结果不理想。计算结果与实验结果之间的差异说明程序模型对于加热上升管内过冷流动沸腾模拟并不完善,建立更为合理的汽泡尺寸模型,考虑汽泡的合并和撕裂是必要的。     

Experimental Determination and Modeling of Bubble Size Distributions in Bubble Columns

Using a five point conductivity technique local values of bubble size,bubble velocity and gas fractionhave been experimentally determined in a 288 mmID and 4.3 m high bubble column as a function of axial andradial position for the air/water and CO_2/N_2/aqueous MDEA systems.The experimental results are comparedwith predictions from a fundamental two-fluid model.The implementation of a non-steady lateral drag term inthe two-fluid model has been shown.In addition to improving the physical realism of the model,it is found togive slight improvements in the predictions of the distributions of local bubble size.Predictions of bubble size arefound in reasonable agreement with experimental values in the heterogeous flow regime,whereas they are stil1found to be unreliable at low gas velocities.Local void predictions are found in reasonable agreement with experi-mental values,but deviations occur in the homogeneous flow regime towards the wall.This is attributed to defi-ciencies in the simplified bubble size mode     

颗粒团聚对稀相气固流动脉动关联项的影响

研究了颗粒团聚对描述稀相气固两相流的气固相宏观控制方程中待封闭气固脉动关联项的影响规律并建立关键待封闭项代数模型。根据气相速度脉动与固相浓度关联项(漂移速度)控制方程,将漂移速度表达为固相非均匀程度和气固平均滑移速度的代数模型。分别采用两种基于颗粒动理学的欧拉?欧拉框架介尺度方法模拟三维周期条件且固相平均浓度为1%的稀相气固两相流动,第1种方法假设固相速度分布函数f为各项同性的双流体方法(TFM);第2种方法假设f服从各向异性高斯分布的积分矩法(AG)。网格分辨率为颗粒直径dp的1.75倍,气固间动量交换采用Stokes曳力模型,并与文献中采用相同参数设置的欧拉?拉格朗日(E?L)方法模拟结果进行对比。结果表明,AG方法的准确度优于TFM方法,气固平均滑移速度、气固脉动能等更接近E?L方法模拟结果。颗粒聚团的积分尺度小于气相脉动速度的积分尺度,两者均呈各向异性,竖直分量高于水平分量。模拟得到了气固速度脉动关联系数和漂移速度系数。     

基于多尺度模型的MIP提升管反应历程数值模拟

MIP(maximizing iso-paraffins process)工艺采用两个反应器串联技术,可有效改善汽油质量。MIP反应器的冷态模拟虽能揭示反应器内的流动行为及几何结构的影响,但无法考虑反应引发的变化。为更准确地揭示该反应器中的油气及颗粒运动行为,尝试了三维瞬态反应模拟。模拟采用双流体模型结合十二集总反应动力学模型,并在相间动量传递模型和传热模型中考虑了多尺度结构的影响,然后与基于均匀分布的传统模型作对比。结果表明,相比于传统模型,多尺度模型能较准确预测二反段内的流动结构、颗粒浓度以及温度分布。在预测产率方面,两种模型所得结果类似,都对油浆和柴油的预测较好,对液化气和干气的预测偏差较大。这说明,仅在动量传递及传热模型中考虑多尺度结构的影响是不够的。     

CFD modeling of bubbling fluidized beds using OpenFOAM®: Model validation and comparison of TVD differencing schemes

The two-fluid model with kinetic theory of granular flow is implemented into the open source CFD package OpenFOAM^®. The effect of total variation diminishing (TVD) convection schemes is investigated by simulating two bubbling fluidized beds. Five TVD schemes are employed to discretize the convection terms of phase velocity and solid volume fraction. Simulated results of the two test cases give reasonable agreement with the experimental data in the literature. For the discretization of the phase velocity convection terms, the five schemes give quite similar time-averaged radial profiles of particle axial velocity. The predicted bubbles in the bed with a central jet are not influenced by the different schemes. For the discretization of the solid volume fraction convection terms, the limitedLinear01, Sweby01 and vanLeer01 schemes give the converged and reasonable solutions, whereas the SuperBee01 and MUSCL01 schemes diverge the solutions. When using the faceLimited gradient scheme the convection scheme becomes more diffusive.     

气-固环流反应器内瞬态流体力学特性的数值模拟

采用双流体模型和颗粒动力学理论,并考虑颗粒团聚现象对气固相间曳力的影响,对气-固环流反应器内的流体力学特性进行了数值模拟。模拟的时均固含率和颗粒速度与实验数据具有较好一致性,验证了模拟方法的可靠性。模拟结果表明：气-固环流反应器内瞬态固含率的分布具有典型聚式流态化的非均匀特征;压力脉动沿床层轴向的分布在一定程度上定性反映了气泡运动的信息;颗粒速度的时间序列和概率密度分布函数表明,床层各径向位置均存在颗粒的向上、向下运动,颗粒主体在床层内向上运动的同时还存在微观的内循环运动,模拟值为颗粒时均速度的径向非均一性宏观分布提供了合理的微观解释。     

A double-k-ε and multi-δ pdf model for turbulent gas-liquid reacting flows

The gas-liquid reacting two-phase flow of a gaseous SF₆ jet submerged in liquid metal Li is numerically simulated by a two-fluid model. To describe the changes of the flow pattern in the two-phase flow, a double-k-ε two-phase turbulence model is developed and adopted. A multi-δ-pdf model is proposed and applied to simulate the turbulent combustion of gaseous SF₆ with liquid metal Li. The gas and liquid velocities, void fraction, shape of the penetrating region (the region containing the gas phase) and the mixture fraction related to gas temperature and species concentration are predicted. Comparison with the results using a single-fluid model shows that current predictions are reasonable in reflecting the influence of velocity slip between the two phases and capable of predicting Li/SF₆ submerged combustion.     

二氧化碳制冷系统毛细管的设计及实验研究

利用绝热毛细管内制冷剂流动特性的数学模型,在给定运行工况下,针对工质为二氧化碳的制冷系统用微元法编制了计算程序,模拟了二氧化碳毛细管内的流动曲线,得到毛细管流量与尺寸及进口压力的变化关系.搭建了小型二氧化碳跨临界循环制冷系统,通过实验研究,得出了该毛细管在不同的高压侧压力及气冷器出口温度下的流量特性曲线.将实验结果与模...     

超临界二氧化碳在微细管内的换热特性

建立了内径为1.31 mm单管的三维模型,使用CFD软件Fluent分析了超临界二氧化碳在竖直微细管道内的换热特性,并对热通量、进口质量流速、流动方向和压力对超临界二氧化碳换热和压降的影响进行了研究。数值结果表明：增加进口质量流量能够使壁面边界层减薄,增强换热效果。改变热通量的大小对超临界二氧化碳换热和压降影响很小。由于重力和浮升力的影响,流动方向对换热性能的影响较大,流体竖直向上流动时的传热系数大于竖直向下和水平方向流动时的传热系数。