基于涡流管能量分离效应的数值模拟

获得涡流管内的温度场分布是揭示涡流管内气体能量分离机制的首要问题和关键问题。考虑到管内气体运动的强旋流特性,采用计算流体力学(CFD)中的Realizable 湍流模型对涡流管内三维可压缩强旋流气体所产生的能量分离效应进行了数值模拟,获得了相应的总温、静温与动温沿轴向、径向的分布。由于涡流管中的零轴速包络面是内外旋气流的分界面,依据数值模拟结果,分别得到了涡流管中内外旋气流的混合平均动能和混合平均滞止焓沿其出口方向的变化曲线。为了验证数值模拟结果的准确性,将冷端气流温降随冷气流率的变化关系与实验值相比较,二者吻合较好。同时采用无量纲的分析方法将数值结果与前人的实测结果加以比较,进一步验证了模拟结果的准确性。     

复合材料高压储氢气瓶快速充放氢过程中的温度效应研究

氢能的利用离不开氢的储运这个关键环节,高压储运是目前氢气储运的主要方式。高压快速充放氢会发生温度快速升高和降低问题,从而影响储运设备的使用寿命。主要研究了车载复合材料高压气瓶在快速充放氢过程中的温度效应,并对温升后的充氢量进行了计算。为了确保复合材料气瓶的温升在100℃以下,经过大量试验确定了温升不超过复合材料气瓶允许温度的快速充氢方式。     

氢气快充温升控制装置数值设计

高压氢气从储氢罐到氢气瓶的加注过程中存在一定的温升．从安全角度出发,本文建立了高压氢气快充温升控制设计模型,基于模型对氢气快充温升控制装置进行了数值分析,并提出了氢气快充温升控制装置的数值设计方法。研究结果可以为加氢站等对于初始温度有要求场合的设计提供参考。     

C3选择性加氢能量耦合催化精馏结构与分析

提出了一种C₃选择性加氢能量耦合催化精馏新工艺,首先将催化精馏构件放置在丙烯精馏塔的提馏段,再将丙烯塔与脱乙烷塔通过气液流股连接成热耦合结构。与传统加氢工艺相比,能量耦合催化精馏工艺通过分离和加氢反应的结合使丙炔、丙二烯加氢过程的选择性得到较大幅度的提高,并通过热量耦合消除丙烯在脱乙烷塔内的返混,从而降低分离能耗。采用Aspen Plus化工流程模拟软件对该流程进行模拟。模拟结果表明,能量耦合催化精馏工艺可以使丙烯收率提高0.74%～2.19%,年度冷剂费用降低2.44%～3.61%。同时,热量耦合催化精馏工艺对于重质裂解原料油具有更好的适用性。     

涡流管在二氧化碳生产中的节能应用

涡流管结构简单、易维修,其在工业领域中应用非常广泛。为了实现二氧化碳生产过程中的节能,从涡流管的能力分离效应出发,就工业化二氧化碳生产过程如何实现能量消耗降低进行了探讨,希望为推进节能减排提供支持。     

纤维缠绕车载CNG气瓶的结构设计及其有限元分析

根据薄膜理论分析了气瓶封头的椭球比对气瓶强度和稳定性的影响,依据网格理论,结合气瓶容积、使用空间以及实际生产工艺等约束条件,确定了气瓶的内衬几何尺寸、纤维缠绕层的纤维厚度和缠绕角度。最后利用ANSYS中的参数化设计语言(APDL),分别对各种工况下的强度、稳定性进行了仿真模拟和数值计算分析。结果表明,设计的70L纤维缠绕车载CNG气瓶的强度、稳定性满足铝内衬全缠绕碳纤维增强复合材料气瓶的基本要求(DOT-CFFC)。     

甲苯歧化装置热高压分离工艺研究及工业应用

针对目前国内甲苯歧化装置反应产物气液分离过程普遍采用冷高压分离工艺导致装置用能不合理的现状,分析了热高压分离工艺的技术先进行以及装置改造成热高压分离工艺需要注意的问题;确定了能够准确分析甲苯歧化反应产物的分析方法及产物组成,利用ASPEN PLUS流程模拟软件分别对热高压分离工艺过程和冷高压分离工艺过程进行了模拟计算与对比,模拟计算结果表明,由冷高压分离工艺改成热高压分离工艺后对循环氢纯度几乎没有影响。通过热量核算,提出了基于热高压分离工艺的甲苯歧化装置新型换热流程。装置按照新流程改造后,装置运行平稳,工业应用结果表明采用该技术后可使1450kt/a的甲苯歧化装置单位能耗下降5.6kg EO/t,证明热高压分离工艺是可行的及新型换热工艺流程的节能优越性。     

基于ABAQUS不同网格的高压气瓶应力分析

对高压气瓶进行有限元建模,分析高压气瓶受压时的受力情况,得到高压气瓶的各项应力值,从而判断气瓶的强度与安全性能。通过使用不同的网格划分方法对高压气瓶进行有限元分析,从而得到更加精确的计算结果。有限元分析计算结果与理论计算结果比较发现,利用扫掠网格划分方法能够得到更加精确的结果。     

长管拖车用大容积环缠绕复合材料气瓶充气及冷却过程温度变化的数值模拟研究

建立了压缩天然气车(CNGV)用大容积环缠绕复合材料气瓶的充气温升数值模型,通过计算流体力学软件Fluent17.1进行数值仿真,模拟1800 s充满20 MPa、2500 L的CNG气瓶的填充过程以及5400s的静态冷却过程。详细介绍了该有限元模型的设置过程,重点分析了气瓶内气体流向、温度分布,以及充气及冷却过程的壁面温度状况,模拟结果表明,大容积气瓶的高温区域集中在瓶尾,该工况下的充气不会使气瓶壁面温度超过许用温度。     

碳纤维缠绕气瓶用环氧树脂体系的固化工艺研究

目前国内外对环氧树脂固化工艺研究较多,但针对LY564环氧树脂体系在高压气瓶特殊应用环境中的研究却较少。本文对该树脂体系进行了不同升温速率的DSC分析,用流变仪对该树脂体系的等温粘度和动态粘度进行了测试,并且用DMA对该树脂体系的玻璃化转变温度进行测定,实验结果表明了LY564环氧树脂体系应用于碳纤维缠绕气瓶的适用性,并确定了该树脂体系的理论固化工艺。     

高效气波冷凝装置流动及热力学特性

利用空气动力学理论,建立高效气波冷凝波图,采用二维周期性边界模型,以理想气体为介质对高效气波冷凝分离装置流场、温度场进行数值模拟,优化气波冷凝波图,预估装置内部结构参数。建立冷凝系统热力循环模型,对其热力学特性进行分析。同时搭建实验平台,对影响系统的主要参数进行了研究。实验结果表明：利用激波增压回收高压气源压力能,可以有效恢复脱湿干气压力能。通过回收脱湿干气冷量,预冷下一循环高压进气,可以获得更低冷凝温度。该装置制冷效率存在单值最优点,高效气波冷凝实际内部膨胀效率约为63%,脱湿干气压力能最高恢复90%,且随着制冷压比增大而降低。     

Numerical Investigation of a Ranque–Hilsch Vortex Tube using a Three-Equation Turbulence Model

The thermal separation flow characteristic in a vortex tube using a three-equation turbulence model is discussed in the present research. Flow behavior and energy separation of a vortex tube in different boundary conditions are investigated through a 3D model. The effect of the operating parameters on the turbulent viscosity ratio and the Mach number is also discussed. It was found that strong swirling flows with a high order of tangential velocity in the peripheral flow contributes to the rise in temperature due to viscous heating. Energy separation and cold-end side temperature depend mainly on the ratio of cold and hot-end side mass flow rates and the inlet conditions. Moreover, the effect of back pressure at cold-end side was investigated to determine how it alters the performance of the vortex tube. Finally, the results of the proposed computational fluid dynamics model are validated by the available experimental data.     

涡流管内流动与传热数值模拟

引言 涡流管具有结构简单、无运动部件、运行可靠、系统体积超小等特点,在有特殊要求冷却或制热需求的领域,有着极为广泛的应用前景[1].尽管涡流管结构极为简单,但是发生在涡流管内部的能量分离现象则极为复杂,至今仍没有一种精确的理论能够解释其能量分离机制.     

压载水旋流器结构因素对分离性能影响分析

随着全球贸易和船舶运输的发展,压载水对环境的影响越来越大。水力旋流分离设备是压载水净化的重要固液分离设备。本文使用计算流体力学,建立数学模型模拟压载水旋流分离过程,模型包括多相湍流雷诺应力模型RSM、处理气液界面的自由表面多相流动模型VOF、处理固体颗粒运动规律的离散相模型DPM。通过数值模拟计算柱段长度、底流口直径和溢流口直径这几个关键因素对旋流器内部流场和分离效率的影响,获得了各个因素对分离效率的影响规律：柱段长度变化对旋流器分离效率的影响不大;底流口直径对旋流器压力降的影响不明显,但对分流比的作用比较大;溢流管直径的增大有助于降低能耗和增大溢流口流量,但随着溢流管直径的增大,分级粒度变大。这些规律为高效旋流分离净化压载水奠定了基础。     

Flexible and cost-effective optimization of BOG (boil-off gas) recondensation process at LNG receiving terminals

In view of high energy consumption and poor flexibility in boil-off gas (BOG) recondensation operation at liquefied natural gas (LNG) terminals, a flexible and cost-effective optimization including the control system and flow process has been proposed. The optimized control system maintains BOG recondenser pressure via the condensing LNG flow and recondenser liquid level via bypass LNG flow. A BOG recondensation process with pre-cooling operation utilizes high-pressure pump LNG to pre-cool compressed BOG before it is directed into recondenser. The engineering application in a case of 6.69 tons/hour (t/h) BOG and LNG output fluctuating between 49 t/h and 562 t/h shows, after the flexible and cost-effective optimization, that process energy decreases 91.2 kW, more 1.28 t/h BOG is recovered when LNG output load reaches the valley, and the operation stability is well improved.     

车载高压氢瓶火烧试验及不同充装介质数值比较研究

目前我国尚无车载氢瓶火烧试验标准.当气瓶充装介质为氢气进行火烧试验时,因氢气易燃易爆的特殊性而使得试验具有巨大的危险.今通过火烧试验,得到了过程中氢瓶温度以及压力变化数据,以此为基础建立了燃烧场数值仿真模型,用于模拟气瓶内部充装介质分别为氢气和空气时温度和压力的变化.模拟与试验结果比较表明:所建模型能较为准确地预测气瓶内部温度、压力的变化规律,压升过程中空气与氢气的变化规律基本类似,可为确定车载氢燃料气瓶的火烧试验方法以及控制参数提供技术支撑.     

蜗壳式旋风分离器内部流场空间的涡分析

为了研究旋风分离器内部空间涡的特性,采用改进的RNG k-ε模型对单入口蜗壳式旋风分离器进行气相流场数值模拟。同时,引入Q判据识别涡的结构,并做出三维涡等值面,使空间涡的结构更加直观和具体;结果表明,利用Q判据做出的涡等值面在筒体上部区域等效直径较大,沿轴线向下,涡面等效直径逐渐减小,表明涡携带能量逐渐衰减;涡等值面并不是绕中心轴线呈规则圆周分布,而是扭曲的。在边壁处,因摩擦阻力存在,涡量急剧变小,涡的能量损失加剧。此外,涡核中心偏离几何中心的变化趋势,呈现先增大后逐渐减小直至较为平稳的过程,在此过程中,涡迅速发展,甚至破裂,产生动能损失。因此,提高涡结构的平衡,有利于改善旋流的不稳定性,降低能量损失,从而提高分离效率。     

气膜冷却对叶栅端壁二次流的影响

通过对两种叶栅流道端壁气膜冷却的数值模拟,分析比较了流道内部的损失和气流落后角等气动参数,得到了以下几个结论：端壁气膜冷却对于叶栅端壁静压分布影响不大,几乎没有改变端壁横向压力梯度.吹风比m=1时的端壁气膜冷却对于反动式叶栅影响较大,有效抑制反动式叶栅的二次流发展.而对冲动式叶栅,端壁气膜冷却影响并不明显.冲动式叶栅出口端壁附近出现了一个低温的反向涡流,这个涡流的形成与端壁气膜冷却喷射、角涡、叶栅中部吸力面壁面分离密切相关.     

基于液膜流型的双入口管柱式气液分离器性能研究

管柱式气液分离器(gas-liquid cylindrical cyclone,GLCC)是一种耦合离心力与重力作用的分离设备,常用于深海油气分离。气相带液(liquid carry-over,LCO)是影响GLCC分离性能的关键问题,且LCO率与GLCC上部筒体内的液膜流型有密切关系。因此,通过调控液膜流型来控制LCO率是一种可行方法。提出了一种向上分支的双入口管柱式气液分离器,并在其分支管增设一个阀门以控制两入口间流量比,达到调控液膜流型的目的。利用高速摄像机,通过改变入口气、液流量和阀门开度,系统研究了液膜的分布特征;并利用数值模拟对GLCC液膜流型、内部流线及速度特性做了研究。支路流通面积比从100%改变至0时,流经倾斜管主路的流量增多,液膜占据的筒体壁面高度沿轴向逐渐降低,且液膜集中在倾斜管主路入口附近并形成对分离性能有利的旋环流流型;模拟结果显示,在前述过程中,旋流场涡核中心逐渐稳定,有利于抑制LCO的发生。调节入口阀门开度以调控液膜流型是改善GLCC分离性能的可行手段。     

涡发生器对脱硫系统除雾器性能的影响

通过数值模拟研究了平板、椭圆板、圆管、方管和三角管5种涡发生器分别安装于湿法烟气脱硫系统折流板除雾器中的除雾效率与压降。采用欧拉-拉格朗日方法分别求解气相-液相运动状态,入口流速U _in为3~6m/s,液滴直径范围2~80μm。结果表明,平板的除雾效率与压降增大最多,U _in=3m/s时,除雾效率相比无涡发生器高31.98%,压降高30Pa。平板对2μm液滴具有较高的除雾效率,最大为34.88%,比无涡发生器高20.81%。椭圆板U _in=3m/s时除雾效率比无涡发生器增加29.14%,压降升高20.47Pa。圆管、方管和三角管的总除雾效率分别高达95.05%、97.49%和96.48%。压降方面,方管为无涡发生器的4.18倍,圆管和三角管分别为2.05倍和2.79倍。另外,考察了椭圆板攻角的影响。在相同U _in下,除雾效率随着攻角的增加而增大,50°的椭圆板除雾效率为97.09%~99.15%。攻角对2μm液滴的分级除雾效率影响不大。压降随着攻角的增大而增加,U _in=4m/s时,攻角从0°增加到50°,压降从25.3Pa增加到92.78Pa。椭圆板因其迎流面积与长宽比的匹配以及流线型产生了较多涡流,具有良好的强化除雾效率效果以及较小的压降。