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。     

螺旋管内流动沸腾干涸点实验研究

针对螺旋直径为736mm、1800mm的两套螺旋管在压力：P=0.44MPa~7.01MPa;质量流速：G=48.28kg/(m2·s)~1060.12kg/(m2·s);热流密度：q=48.44kW/m2~493.48kW/m2等较宽的热工参数条件下,研究了管内流动沸腾干涸点,试验中选取螺旋管的内径Di=14mm,升角β=5.5°。通过实验研究了干涸时螺旋管壁面周向的温度变化特性,以及不同热工参数状态下干涸后壁面温度沿轴向的变化情况。同时,研究了热工参数（P、G、q）对临界干度的影响规律。结果表明,热工参数对干涸点的临界干度影响规律与直管保持一致,随质量流速增大而增大,随压力、热流密度增大而减小;最后根据实验结果对数据进行回归分析,拟合了临界干度实验关联式,平均偏差为4.51%,几乎所有数据点偏差在+10%以内。     

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．     

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。     

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。     

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。     

文氏管对旋流流动影响的数值模拟

为了研究文氏管结构对燃烧室流场特性的影响,对单级轴向旋流器/文氏管结构进行了三维数值模拟.结果表明:随着文氏管扩张角度的增大,回流区径向扩张强度增强,回流区直径增大;文氏管扩张角度和收缩比的变化会使火焰筒回流区内出现双涡、三涡和四涡结构,前后排列的涡旋分别相当于主涡和次涡,这种三涡和四涡结构在燃烧室的点火燃烧方面具有较大发展潜力;中央回流区长度和回流速度会随着文氏管收缩比的增大而逐渐增大;三涡和四涡结构相比双涡结构更稳定,使燃烧室负荷调节范围更大,有助于燃烧室性能的提高.     

螺旋扭曲椭圆管换热器壳程数值模拟

以水为介质,采用k-ε模型,用数值模拟方法研究了5种不同结构的螺旋扭曲椭圆管换热器的管外壳程传热与流阻性能,并和采用椭圆管作为换热部件的换热器进行了比较.研究结果表明,螺旋扭曲椭圆管换热器壳程有较好的强化换热特性,螺旋扭曲椭圆管的几何尺寸和流体流动速度对壳程传热与流阻性能有重要影响.通过数值模拟所获得的规律为螺旋扭曲椭...     

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.     

涡流管非稳态旋流流场数值模拟研究

旋流主导着涡流管的内部流动,在有旋流的设备当中,高强度旋流由于涡旋破碎诱导产生的位于中央回流面附近的进动涡核被认为是旋流中的一种拟序结构,可以在一个峰值频率下偏离管道中心并绕着轴线做周期性运动,这种流动结构的产生对旋流本身产生了极大的影响。采用非定常求解模式计算三维涡流管内的内部流场,雷诺应力模型用于封闭Navier-Stokes输运方程,在FLUENT 15.0中数值模拟计算涡流管的内部旋流。结果显示了涡流管瞬态旋流速度场中的周期性振荡,以及非对称大尺度涡结构。     

Effects of tangential velocity distribution on flow stability in a draft tube

Numerical simulations of the flow in the draft tube of a Francis turbine are carried out in order to elucidate the effects of tangential velocity on flow stability.Influence of the location of the maximum tangential velocity is explored considering the equality of the total energy at the inlet of the draft tube.It is found that the amplitude of the pressure fluctuation decreases when the location of the maximum of the tangential velocity moves from the centre to the wall on the cross section.Thus,the stability of the flow in the draft tube increases with the moving of the location of the maximum tangential velocity.However,the relative hydraulic loss increases and the recovery coefficient of the draft tube decreases slightly.     

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。     

不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟

利用三维数值模拟的方法对带有3种异形纵向涡发生器的H型翅片椭圆管换热器的空气侧流动传热特性进行研究。基于H型翅片椭圆管束,讨论了在不同雷诺数下,纵向涡发生器的摆放位置、摆放攻角和形状对空气侧流动传热的影响。研究表明:纵向涡发生器能够将高能量的流体引向流速较低的壁面区域,使冷热流体之间的混合加剧,增强流体的湍流动能,进而达到强化传热的效果;与无纵向涡发生器的管束相比,带纵向涡发生器管束的传热效果有明显的提高;当纵向涡发生器后置时,换热器的传热效果最优;在雷诺数相同,攻角为30°时,流体的传热性能和阻力特性均达到最优;相同攻角摆放时,椭圆角矩形发生器的传热性能和阻力因子均优于其他两种形式的发生器。研究结果为烟气余热回收系统换热器传热性能强化提供理论依据。     

新型椭圆截面螺旋扭曲组合管换热特性的数值模拟

提出了一种新型换热管型,即椭圆截面螺旋扭曲组合管。以场协同理论为指导,通过改变管型形状参数组合方式,对椭圆截面螺旋扭曲组合管进行数值模拟及分析,并进行不同Re数下圆管换热Nu数与经验公式对比,结果表明:组合比为0.4,长短径比为2.0,扭曲角度为90°时,综合性能最优,确定椭圆截面螺旋扭曲组合管对换热的强化是有效的,模拟结果是可信的。     

高水头混流式水轮机尾水管压力脉动综述

在高水头的混流式水轮机中,由工程实例的观测和研究可以得出,其运行过程中的机组不稳定性主要来源于机械内部的水力振动,而尾水管压力脉动作为水轮机水力振动的主要原因,在一定情况下会引起机械的疲劳失效。而从其内部流动机理上看,其周期性脉动特征是偏工况条件下尾水管内部的涡带振动,旋进涡核会产生高振幅低频压力脉动和高频压力脉动。本文主要介绍和讨论了国内外学者对这一领域的研究。这些研究主要包括尾水管涡带振动的机理研究,尾水管涡带振动的试验研究和数值模拟,尾水管涡带振动的结构影响,尾水管涡带振动的预防措施及对策。     

环置曲面三角形涡产生器翅片管束通道内流动与传热特性数值研究

平直翅片管翅式换热器翅片侧通道内的马蹄形涡的强度有限,而在翅片表面冲压三角形曲面涡产生器可以诱导产生强烈的二次流,从而增强翅片表面的传热性能。本文采用数值方法对环置曲面涡产生器翅片管束通道内的流动与传热进行了模拟,并采用无量纲参数Se量化了翅片管束通道内的二次流强度。对比分析了平直翅片管束通道和环置曲面三角形涡产生器翅片管束通道内二次流特性及翅片表面传热特性,进一步分析了圆管前端的曲面涡产生器的周向位置及径向位置对其二次流特性和传热性能的影响,并探讨了翅片侧通道内二次流特性和传热特性的关系。结果表明：环置曲面三角形涡产生器可在通道中产生较强的二次流,同时涡产生器的引流作用明显改善了管后尾涡区的传热性能, 从而提高了换热器整体换热性能。在较高Re条件下,环置曲面涡产生器起到强化传热作用。在所研究的参数范围内,最优结构参数与Re有关,当DVG1/Dc=1.55,β1=105o,Re=2500时,JF可达 1.23。