螺旋管内迪恩涡强化传热的试验研究

在第一类边界条件下,从迪恩涡理论出发,采用7种不同几何参数的螺旋铜管以及直铜管进行了传热试验,得到了螺旋管内流体的努塞尔特数、压降以及强化传热综合评价因子随雷诺数、曲率比以及扭率的变化规律。试验结果表明:螺旋管的努塞尔特数和压降均高于直管,且随着曲率比、雷诺数的增大而增大;扭率对努塞尔特数的影响不明显,但扭率增大会引起压降降低;螺旋管的强化传热综合性能评价因子在任何雷诺数、曲率比、扭率下均大于1。在较低雷诺数条件下螺旋管具有很好的强化传热性能。     

90°弯管内二次流(迪恩涡)的数值模拟

弯管广泛地存在于工业应用的多个领域中,为研究弯管内速度场和压力场的分布,采用CFD技术对不同流态下圆形截面90°弯管内的二次流(迪恩涡)进行了数值模拟。模拟过程采用有限体积法进行空间离散,并利用带旋流修正的k-ε模型进行计算。模拟结果表明:层流状态下沿流动方向截面上的峰值速度和峰值全压变化较小,涡核位于半截面中心;当流体处于过渡区时,流动方向截面上的峰值全压呈递减趋势,峰值速度在0～60°截面上递减,在90°截面上突增,并且涡核开始出现外扩;完全湍流区时,流动方向截面上的峰值全压显著递减,涡核位置明显外扩。     

迪恩涡强化传热技术的初步实验研究

对迪恩涡的强化传热作用进行了初步的实验研究,发现在迪恩涡的作用下,90°弯管的传热系数明显高于直管;弯管的阻力损失在层流区略高于直管,但是在过渡区之后便开始低于直管的阻力损失。迪恩涡强化传热技术在提高传热系数、降低阻力损失方面有着极大的潜力,是一种节能的强化传热技术。     

多种纵向涡发生器配置方案流动换热的数值模拟

为了深入挖掘三角翼纵向涡发生器在两个相对壁面布置的强化换热潜力,采用数值模拟方法,在雷诺数3 000～18 000的范围内研究了5种纵向涡发生器配置的流动换热情况,配置方式包括单面布置的共同上、下流配置,双面布置的共同上、下流配置,以及混合配置。结果表明：纵向涡可以很好地提高场协同效果,换热强度不完全取决于通道中的二次流强度,还取决于通道中的场协同性;在所有配置中,混合配置具有最高的二次流强度、最佳的场协同效果以及换热性能,可以将光滑通道的Nu提高28.3%～35.3%;另外4种配置可分别将光滑通道的Nu提高21.4%～32.0%,20.0%～29.2%,26.3%～34.3%和23.7%～28.0%;建议选用Re<6 000范围内的混合配置,此时其具有1.03～1.10的综合换热因子以及1.32～1.35的Nu/Nu₀。     

有间隙涡炉叶栅涡系结构的数值模拟

对具有3.6%相对叶顶间隙的锅轮叶栅三维空间流动进行了数值模拟,分析了大间隙涡轮叶栅流场的涡系结构。结果表明在叶顶间隙内部和上半翼展现出了复杂的分离流动,同时由于叶顶间隙的存在,上、下端壁尾缘附近的流动明显不同。     

超临界煤粉炉燃烧特性的大涡模拟研究

计算流体力学(CFD)在锅炉的研究与开发中有着广泛应用．近年来,大涡模拟(LES)对煤粉射流火焰的模拟得到不断改进和验证,是一种潜力巨大的模拟手段．本文采用LES方法模拟660 MW超超临界二次再热锅炉的炉内过程,研究了煤粉在炉内的扩散及燃烧特性．通过与雷诺时均法(RANS)对比,分析了LES方法模拟大尺度空间气固流动及反应过程中的特点．结果表明,湍流脉动对颗粒扩散行为具有重要影响,采用LES方法能够提供湍流信息在时间尺度上的发展特征,因而显著提升了对流场特征、燃料颗粒扩散以及煤粉着火等关键过程的预测精度,有助于加深对炉内燃烧过程的理解．     

基于大涡模拟的室内火灾数值模拟

采用数值模拟技术对室内发生火灾后的室内温度及烟气的流动做出模拟。对火焰的燃烧采用UDF编程以实现真实火灾发生时的场景。湍流模型采用LES模型,辐射采用P-1模型。通过温度云图,流场矢量图对火灾发生后,室内温度的变化以及烟气的流动情况做出详细的研究。     

内螺旋管水压胀塞的设计及应用

水冷壁内螺旋管水压胀塞的设计、验证及胀塞的可靠性研究。     

弯管二次流及电厂锅炉均流技术的研究进展

对弯管二次流的研究因弯管技术在各工程领域的广泛应用而得到了发展。本研究在总结国内外大量文献资料的基础上,首先对弯管二次流形成原因、流动特性及研究方法(实验研究法、数值分析法和计算流体动力学研究法)进行了综述;其次,分析了弯管二次流对电厂锅炉烟风系统及锅炉经济运行的影响;最后,总结了电厂锅炉送风系统和SCR反应器烟道内采用的弯管均流技术,并针对大尺寸弯管内高雷诺数湍流流动均流技术进一步研究进行了展望。     

重力热管地热系统绝热段气液分离器内流动特性数值模拟

为了高效、经济地开发干热岩地热能,解决超长热管冷凝段回流液态工质与绝热段上升气态工质出现的碰撞携带难题,开发设计了绝热段新型气液分离器,并采用计算流体力学方法对其流动特性进行分析。结果表明：在重力和流动阻力的作用下,热管分离器内工作介质沿着轴向的速度整体呈减小趋势,随着夹角的增大,在分离器出口处近壁面气态工作介质的速度也因为产生了垂直于流动方向的速度梯度明显小于远离壁面处流体的流速,内径与出口处气态工作介质流速成反比关系,夹角的变化对出口处气态工作介质速度影响不大;气态工作介质压力损失与内径成反比关系,与夹角成正比关系。     

基于Fluent螺旋槽管的传热特性数值模拟

根据螺旋槽管的结构特点及传热特性,建立了三种不同槽口形状的螺旋槽管与光滑管换热器的三维模型。以水为工质,运用 Fluent流体分析软件,采用k-ε湍流模型,研究了三种不同槽口形状的螺旋槽管与光滑管换热器在换热过程中的速度场和温度场,得到了不同槽口形状和光滑管的壁面Nusselt数。结果表明。在相同壳程和雷诺数的情况下,螺旋槽管比光滑管的换热能力提高了6．7％-37．6%,其中三角彤槽和矩形槽螺旋槽管的换热能力提高最大,从而强化了传热。为谊产品的理论进一步研究和实验研究奠定了基础,为谊产品的设计和推广应用提供了依据。     

螺旋翅片管省煤器抗磨性能的研究

采用数值模拟技术对错列布置光管及螺旋翅片管、顺列螺旋翅片管的双相流场进行了数值模拟,分析了不同结构、不同排列方式的省煤器的抗磨性能.分析了翅片结构对颗粒运动与流场的影响,指出翅片的存在使烟气中的大颗粒飞灰较难碰撞到基管的表面,增强了省煤器的抗磨损能力.     

喷嘴结构对涡流管性能的影响

采用FLUENT数值模拟方法,对不同喷嘴流道数涡流管进行三维数值模拟,得到喷嘴流道数目对涡流管制冷效应、制热效应及分离效应的影响规律,并对3流道渐缩型喷嘴、直线型喷嘴和阿基米德型喷嘴涡流管的性能、压力场及速度场进行模拟分析。结果表明:3流道喷嘴涡流管具有最佳能量分离性能;当模拟入口总压为3 MPa、冷端出口静压为2.5 MPa时,涡流管制冷效应随冷流率的增大而减小,制热效应及分离效应随冷流率的增加呈现先增加后减小趋势;相比直线型喷嘴和阿基米德型喷嘴,渐缩型喷嘴涡流管能量分离效果最佳;配有渐缩型喷嘴涡流管能获得更大的压力、切向速度和轴向速度。     

螺旋管技术研究

螺旋管优越的结构特性决定了它在动力、化工、石油及核工业等领域日益得到广泛应用。螺旋管技术研究已涉及到流型研究,压降特性研究,强化传热研究等诸方面,作一简要介绍。     

燃煤工业锅炉湿式旋流烟气脱硫装置的数值模拟法优化设计

利用κ－ε双方程模型对湿式旋流烟气脱硫装置涡核区速度场和压力场进行了数值模拟,同时利用单顶粒动力学模型模拟了液滴在气流场中的运动,用数值模拟方法确定了旋流装置的结构参数,实现了湿式旋流烟气脱硫的优化设计,降低了实验费用,减少了实验工作量。     

超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞消能机理数值模拟研究

鉴于传统模型试验对竖井内旋转水流的流速测量难度较大,采用Realizableκ-ε双方程紊流模型,并结合VOF法,对某一超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞进行数值模拟,对比分析了水流流态、空腔直径、井壁压强及旋流角等水力要素的模型试验和数值模拟结果,在此基础上,计算了不同断面的能量大小,获得了竖井旋流泄洪洞各部位的消能形式及消能率分布。结果表明,竖井起始部位主要消去旋转水流的切向动能,占总能量损失的6.19%;中间部位主要消去旋转水流的位能,占总能量损失的21.18%;下半部位利用环状水跃及水垫池消去旋转水流大部分的剩余能量,占总能量损失的58.69%。     

新型横纹螺旋盘管强化传热的数值模拟

为了增强螺旋盘管的传热性能,对现有的普通螺旋盘管进行优化设计,提出一种管壁向内凸起形成环肋的异型管,称为横纹螺旋盘管。通过数值模拟方法对横纹螺旋盘管和普通盘管内部流动和传热过程进行模拟。应用场协同原理对其速度场和温度场的协同作用进行分析。实验数据与仿真结果的误差在5%以内,验证了数值模拟方法的正确性。在不同Re(雷诺数)条件下,计算两种盘管的Nu(努塞尔数),进而与Gnielinski(格尼林斯基)修正公式计算结果进行比较,误差在10%以内。结果表明:环肋结构通过工质旋转流动破坏边界层厚度,改善了管内速度场与温度场的协同程度,从而实现了强化传热。在较高的Re范围内,横纹螺旋盘管的Nu为普通盘管的1.29~1.43倍。因此,横纹螺旋盘管具有更好的传热性能,为异型螺旋盘管的研究及工程应用提供一定的理论依据。     

螺旋通道内受限外流传热和阻力特性的数值模拟

通过三维数值模拟,对不同螺旋角度(15、20、30、40、45、50、60°)的螺旋通道内受限外流传热和流动特性进行了研究,提出了在一定的Re数范围内(0.8×104≤Re≤6×104)的优化形式,从而改善管壳式换热器壳侧流动和传热。研究结果表明,螺旋通道内受限外流形成理想的柱塞流,流道内速度分布均匀,有效地减小和消除了流动死区;与垂直折流板形成的"Z"字形受限外流相比,在相同的压降梯度下具有较高的传热系数,具有明显的节能效果。在研究的Re数范围内,当螺旋角α=45°时具有最佳的传热和阻力综合性能。研究结果可为管壳式换热器壳侧高效低阻结构设计和进一步优化提供理论依据。     

换热管内转子强化换热的数值模拟

本文概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理。分别通过建立光管及内置多个转子换热管的三维流动模型,对换热管内流场、温度场、压力场以及换热过程进行了模拟,得到了管内流体的流动特性和传热特性。对比模拟结果表明,内置转子换热管管内的三维流动比较复杂,转子与管壁之间缝隙内的流体有着明显的环绕流动,切向速度和径向速度也增大到一定范围,转子旋转半径内的流体整体呈螺旋流动。总的来说,内置转子的换热管内较光管有较强的湍流度,尤其是近壁区域,因此强化了管内的对流换热,传热系数显著提高,从而验证了转子具有强化传热和自清洁的双重功能。     

采用辐射管加热的辊底式热处理炉数值仿真及其分析

以某公司拟建的采用辐射管加热的辊底式热处理炉为研究对象,在详细分析其传热机理的基础上,建立了炉内钢坯加热过程的二维传热数学模型.采用交替隐式格式的TDMA数值计算方法,开发出了采用辐射管加热的辊底式热处理炉钢坯加热过程二维传热模型计算机数值仿真系统,并进行了大量的数值仿真计算.所得结论为该公司即将开展的辊底式热处理炉模型优化控制奠定了坚实的理论基础.