下吸式生物质气化炉数值模拟的研究进展

使用数值模拟方法,建立下吸式生物质气化炉的数学模型,能够更好地理解气化炉内发生的各种化学和物理现象,进而对气化炉的设计和操作进行优化、对新工艺的开发进行指导。对几种基本的下吸式气化炉数值模拟方法(如热动力学平衡法、化学动力学方法、计算流体动力学(CFD)法、ASPEN Plus法)和多分区模拟法,进行了探讨和分析比较,并进一步总结了"结合单颗粒模型的多分区数值模拟"方法,提出结合单颗粒模型的多分区模拟法具有更加广阔的发展前景。     

含不凝气体蒸汽泡直接接触冷凝

通过可视化实验研究了含空气蒸汽泡的冷凝行为和传热特性,气泡中蒸汽质量含量在0.5～0.8之间.在两种不同的过冷水温度下,混合气体气泡分别由直径1.5 mm和3 mm的喷嘴以不同的速度喷入静止的过冷水空间中.通过高速摄像机记录气泡冷凝过程,通过气泡体积变化状况计算气泡热力学参数,进而计算气泡的冷凝传热系数.结果表明,气泡在冷凝过程中不断变形,且在冷凝开始时,气泡出现中空现象;冷水温度越低,冷凝传热系数越低;气泡体积越大,冷凝传热系数越低;喷嘴直径对冷凝传热影响不明显;不凝气体的加入恶化了冷凝传热.对实验中65个气泡传热系数的数值进行了拟合,获得了传热系数关联式.     

振动圆管外对流换热特性的场协同机理

数值模拟了振动圆管外的对流换热,通过数据后处理分析了振动圆管外对流换热特性与场协同性能间的联系,从场协同原理的大值原则与匹配性原则上对振动圆体外表面传热的规律特性作了解释。振动圆管外的场协同角余弦值在面相位0°与180°处最大,在90°与270°处最小,并且随着时相位靠近平衡位置,其面上各点的场协同角余弦值逐渐变大。场协同匹配性能的分布规律与场协同角余弦值的分布基本相同。振动圆管外的对流传热系数分布规律与场协同余弦值及场协同匹配系数的分布规律一致,表明可以使用场协同原理阐述振动圆管外的对流换热规律。     

微细圆管及扁平管内液-液Taylor流动特性的数值研究

微细通道内Taylor流动广泛应用于能源化工领域,为分析其相界面及阻力特性,利用相对坐标系的方法,研究了竖直圆管及扁平管内的液-液Taylor流动,讨论了通道宽高比、Reynolds数（Re）及分散相体积分数对液膜厚度和两相压降的影响。结果表明：圆管内液滴头部和尾部可以膨胀至近似球形,而扁平管内壁面的限制作用较强,液滴呈现扁平状。随Reynolds数增大,两相界面逐渐收缩,液膜厚度逐渐上升。圆管内液膜厚度比较均匀,扁平管内液膜在通道顶部较薄,而圆弧部分较厚。两相压降随Re和宽高比的增大而增大,随分散相体积分数的增大而降低。相比连续相和分散相压降,界面压降所占的比重最高,并依据模拟结果,提出了圆管及扁平管内液-液Taylor流动的压降预测公式。     

新型弹性管束固有振动特性实验及数值模拟

结合原弹性管束的结构及工作特点,提出了弹性管束的优化结构。理论推导了弹性管束的端部受力特性,并采用实验与数值模拟相结合的方法对管束振动特性进行研究,得到了其面外、面内振动的振型、固有频率。实验结果表明,与原弹性管束相比,新型弹性管束端部截面所受弯矩不足原管束的1／6,安全性能有了较大提高;固有频率较原管束低,更易于在外流的激励下产生振动;单位容积的传热面积相应增加24.7％。     

含不凝气体蒸汽波节管内流动与换热特性研究

通过数值模拟,研究空气含量、Re及波节高度对含空气的水蒸汽管内凝结特性的影响。模拟结果表明:随空气含量的增加壁面平均传热系数减小,光滑管的减小幅度大于波节管;波节管内流体的流动与换热过程均呈现振荡趋势;在单个波节内,波节下游的壁面平均传热系数约为波节上游的3倍,波节下游在波节管强化传热中起着决定性作用;随着波节高度增加,波节管内壁面平均传热系数先增大后减小,拐点处波节高度值为0.007m;随着波节高度增加,波节管内摩擦阻力系数先增加后趋于稳定甚至减小,拐点处波节高度值为0.009 m。     

基于广义原理的对流换热热阻计算方法及检验

使用积耗散与广义热阻原理分析对流换热中耗散与广义换热温差间的关系, 提出了控制体内三种广义热阻值计算方法的表达形式, 并在二维平行通道层流换热中进行检验, 与传统热阻计算方法作比较后发现传统的表面传热系数不能准确体现研究区域内的热导（阻）能力, 三种广义热阻计算方法的表达形式相互吻合, 结果一致, 且对流换热退化为热传导时与定义式和热传导计算结果统一, 表明是可靠的对流热阻计算方法; 使用该方法研究二维平行通道内入口段的对流换热, 发现广义热阻值的普遍趋势是随流动发展热阻增大, 符合对流换热的基本理念, 定义式热阻则表现变化很大, 受温差与壁面热流量影响明显; 检验中发现了广义式热阻与定义式热阻的差异是由于定义式热阻为简化表达导致。     

U形弯头单元内气液两相流型及压降波动特性

对空气-水两相流在内径16 mm、弯曲半径100 mm的横向U形弯头单元内向上流动时的流型进行了实验研究。利用流动可视化技术及其相应压降波动规律实现了流型的客观识别。总结了不同流型的压降波动特性并据此提出了定量识别流型的新方法。实验范围内发现了分层-搅拌流、塞状-泡状流、段塞-波形流、环状-波形流和环状弥散流等5种与水平直管和垂直直管不同的流型。相比标准偏差,压降波动的功率谱（PSD）分布能更好地反映U形弯头单元内不同流型的流态演变特征与动力学特性。PSD分布的偏度或峰度与气液表观流速比的结合可以定量客观地识别U形弯头单元内的流型,流型转变时的气液表观流速比为1和13。     

含氮气的甲烷蒸汽冷凝过程的数值模拟

为求解竖直壁面上含氮气的甲烷蒸汽冷凝流动传热传质规律,基于扩散理论建立了数值计算模型。利用Volume of Fluid (VOF)方法追踪气液界面,根据气液界面质量守恒方程自定义用户函数求解相变过程中的质量与能量源相,对氮气w(N_2)=0%、0.869%、1.733%、3.441%、8.417%、11.616%、16.249%以及壁面过冷度为5 K、10 K、15 K和20 K的工况进行了模拟计算。结果表明,氮气的存在使得甲烷蒸汽的冷凝传热系数显著下降(过冷度为10 K时,3.441%的氮气导致传热系数下降约70%);在计算工况下,液膜厚度相比于混合气体层的厚度小两个数量级,蒸汽穿过混合气体层的扩散热阻是整个传热过程的主要热阻。     

锅炉烟温测量偏低值的计算方法

分析了锅炉烟道内烟温测量值偏低的原因及其影响因素。根据热交换理论提出了较完善的计算锅炉烟道内测量偏低值的理论方法 ,给出了几个计算示例 ,并对测量烟温的热电偶安装和维护注意事项作了说明