基于流场控制的导向叶片式旋风管开缝面积比的优化设计

通过试验与数值模拟相结合的方法,研究了分流型芯管开缝面积比对导向叶片式旋风管内流场及性能的影响关系。研究发现,随着开缝面积比的增加,经芯管侧缝流走的气量Q1逐渐增加,但当开缝面积比大于2.9时,Q1呈现饱和状态;开缝面积比大于1.94时,短路流量保持在总进口流量的5%以下;分离空间内切向速度、轴向速度及向心径向速度随开缝面积比的增加而减小;旋风管内能耗随着开缝面积比的增加而减小。另外,内旋流区及排气管内的能耗受芯管开缝面积比的影响较大;芯管开缝面积比的最优范围为1.94~2.9。实验结果表明:入口流量为2380m3·s-1,入口颗粒浓度为1g·m-1的滑石粉,开缝面积比为2.42时,分流型芯管提高分离效率3%;入口为单相常温空气时,分流型芯管减低阻力系数近73%。     

逆流填料式溶液除湿器的数值模拟和实验研究

对溶液除湿的除湿器中传热传质进行了热力学分析,根据除湿塔的结构及溶液与空气的流动方式,建立除湿器的热质交换物理和数学模型,模拟计算除湿器入口空气和溶液参数对除湿器出口空气参数的影响,模拟计算中设置入口空气流量0～5kg/s,入口空气温度20～40℃,入口空气含湿量为10～30g/kg,入口溶液温度25～40℃,入口溶液浓度25%～40%,入口溶液流量1～4kg/s,得到各入口参数对出口空气含湿量和温度的影响曲线。结果表明:入口空气含湿量、入口溶液浓度和温度对出口空气含湿量影响显著;入口空气含湿量和流量对出口空气温度影响显著。对模拟结果与实验结果进行了比较,发现两者的变化趋势是相同的,最大误差为13.08%。     

细小尺度下潜热型功能热流体压降与传热特性

实验研究了相变微胶囊颗粒(囊芯材料为正十六烷,壳材为尿素-甲醛树脂)和去离子水混合制成的潜热型功能热流体流过等热流细小圆管的流动与传热特性,同时以去离子水作为传热工质在相同条件下进行了对比实验。得到了压降随质量流量的变化规律,实验段出、入口温度以及量纲1出口温度随Reynolds数变化规律,量纲1壁面温度沿轴向的分布规律,平均Nusselt数随Reynolds数的变化关系。结果表明,相变微胶囊颗粒的加入会导致流动压降增大,但随着流量增加,流动压降逐渐与单相液体的接近;出口温度及壁面温度要比相同条件下单相液体的低;含有较小相变微胶囊颗粒浓度的潜热型功能热流体的平均Nusselt数是相同条件下单相液体的2.0～4.0倍。     

分流板结构对微通道平行流蒸发器性能的影响

试验研究了仅改变微通道平行流蒸发器内第一个分流板上的开孔数量和位置时,蒸发器的流动和换热性能的变化规律。结果表明：分流板的开孔数量和位置对蒸发器的流动和换热性能影响很大。合理布置分流板的结构,可以改善蒸发器内的流量分配,从而提高蒸发器的制冷能力,同时压降也会上升,且上升幅度大于制冷量的增加幅度。分流板上的总开孔面积一定时,开孔数量和位置的变化对蒸发器的内部阻力系数没有影响。分流板上的开孔数量太少及开孔位置偏离中心都不利于流量的均匀分配。分流相对均匀的第一个分流板的结构是：开孔数量是扁管数量的一半,开孔位置与相邻两扁管的投影等距。     

环形分布器内变质量流动的CFD模拟研究

环形分布器是实现导热介质在列管式固定床反应器壳程均匀流动的关键部件,文中采用计算流体力学方法(CFD)对环形分布器内的变质量流动进行了模拟研究。首先计算了环形通道内的速度和静压力分布,在此基础上研究了穿孔阻力系数随开孔几何结构以及入口流体流速的变化规律。模拟结果表明:环形通道内存在较明显的速度梯度和压力梯度;随着流体不断分流,在流道内的流动速度不断减小,静压力逐渐增大。因此,需要沿流动方向将开孔直径逐渐减小,以增大穿孔阻力,从而实现流体的均布。对穿孔阻力系数变化规律的研究结果表明:穿孔阻力系数ξ与出口和主流道的流速比ui/u、厚径比δ/di和入口雷诺数Re0有关。在模拟范围内,ξ先随ui/u的增大而减小,到达一个临界值后,ξ不再随ui/u的增大而变化;δ/di对ξ影响不太明显;当Re0属于湍流范围时,ξ随Re0的变化不太明显,但是总体随Re0的增大而减小。     

平行流列管式固定床反应器管外流体的模拟

运用计算流体力学软件FLUENT6.1对平行流列管式固定床反应器环形流道及管间流体的流动进行数值模拟。模拟结果表明,流体进入环形流道后流速急剧变化,要达到环形流道内侧壁沿圆周流量均匀分配,就必须在不同的位置开不同尺寸的孔,反应器进口挡板和分布板的设置使管间流体在进入反应器后径向分布基本均匀。建立冷模实验装置,测定流体在反应器管间不同高度同一截面上的压力分布,实验结果表明,反应器管间流体达到均匀分布。管闯流体压力的模拟值与实验值相比较,两者吻合良好。     

内翅片管中堵塞芯管直径优化的数值模拟

采用可实现的k-ε湍流模型和壁面函数法对带不同直径堵塞芯管的内翅片管内空气的湍流流动和换热特性进行了数值模拟，利用试验数据检验了计算方法的正确性。在对不同流量下改变芯管直径进行数值模拟的结果表明：在一定流量下，芯管外径与外管内径之比存在着一个最佳值，使单位压降、单位翅片面积下的换热量最大，而且随着流量的增加，最佳芯管外径与外管内径之比呈减小趋势。在本文所研究的参数范围内，这一最佳比值在0.5-0.625之间。同时也对在相同压降条件下进行了数值计算，结果表明，当芯管外径与外管内径最佳比值为0.4-0.56左右时，单位翅片面积下的流量和换热量之积达最大值。这一结论为内翅片管的优化设计提供了重要依据。     

大型列管式固定床反应器冷模试验——环形缝隙在侧流条件下的阻力系数的测定

本报告研究了流体侧流流过环形缝隙时的三种流动形式,通过理论分析和试验测定得到这三种流动形式下的阻力系数计算公式,这些计算公式可为设计大型列管式固定床反应器壳程分布板或折流板上的最佳开孔尺寸提供依据。     

溶液除湿系统中除湿塔的参数分析

采用已得到实验验证的除湿塔模型以及相应的VC++语言程序模块来描述除湿塔中溶液与湿空气之间的热、质交换过程,同时用正交设计法来安排数值实验。通过对实验结果的方差分析,确定各运行参数及它们之间的交互作用的相对重要性。方差分析结果表明:以除湿塔出口空气含湿量作实验指标时,重要参数包括入口溶液的温度和浓度,入口空气的含湿量,干空气与溶质之间的质量流量比率以及换热单元数;以除湿效率作实验指标时,仅有干空气与溶质之间的质量流量比率及换热单元数是重要参数;参数之间的交互作用对除湿塔出口空气含湿量和除湿效率都没有影响。     

喷射器出口结构对反应器混合特性的影响

喷射反应系统中喷射器的流体出口结构严重影响反应器内液液混合特性。为了考察喷射器出口结构对喷射反应器内部液体速度分布规律的影响,文中设计了5种出口结构的喷射器,利用粒子图像测速仪(PIV)对喷射反应器内部流场进行了测量;利用摄像法和数字图像处理技术记录和分析正己烷与水的混合过程,得到反应器内液液混合体系在不同喷射器和不同循环流量下的灰度变化曲线。由结果可知:在正己烷-水液液体系混合过程中,反应器内的液液混合时间、混合均匀程度和混合死区的位置均与喷射器出口结构紧密联系。四侧开孔喷射器的混合时间比两侧开孔的减少了50%左右,2排孔喷射器流出的两股流体会发生碰撞,产生的涡量极值比单排孔增加了45%,较有利于液液混合。另外,当实验中循环流量达到一定值之后,它对反应器的液液混合性能影响将不再明显。     

空气在立式花瓣管外螺旋流动传热与流阻性能研究

试验研究了空气在5种管径相同、不同翅片高度和翅片间距的立式花瓣管外螺旋流动的传热和流阻性能,分析出在试验范围内:花瓣管翅片高度相同时存在一最适宜翅片间距,使其传热性能最优;花瓣管翅片间距相同,翅片越高,其传热性能越好,而流动阻力损失也越大;管外系统压力越高,换热效果越好,且不会增加其流动阻力,这可为设计高效立式螺旋隔板花瓣管换热器提供参考依据。     

超疏水表面微通道内水的传热特性

微通道传热效率高但流动阻力大,超疏水表面因其与水具有滑移边界而表现出低流阻的特征,在微过程中具有应用前景。利用化学刻蚀法制备出具有微纳米阶层结构的铝基超疏水表面微通道(内径为0.68mm)。在超疏/亲水微通道内进行了水的流动传热实验研究,并将结果进行对比。研究发现存在于超疏水表面微纳米结构里的气泡层减小了水的流动阻力,也降低了表面传热系数,但降低程度明显小于流动阻力的降低,传热系数高于考虑纳米气泡层计算的传热系数。因此认为在水的滑移速度作用下,凹穴中微纳米级气泡内产生了气体的涡旋流动,一定程度上增强了传热效果。     

78.5升气升式环流反应器内构件优化

研究了78.5L气升式环流反应器内部结构对流动性能的影响规律, 并给出最佳区间来为工业装置提供理论指导。利用Fluent软件建立数学模型与实验装置作对比, 模拟了不同气液分离区高度与外筒高度比、导流筒长度与外筒长度比和筒内外直径比对流动行为的影响规律。结果表明:数学模型和实验结果误差较小, 可以用来预测气升式环流反应器流动行为。气液分离区高度与外筒高度比值过大会导致环流阻力增大, 从而不利于流动, 比值为0.34~0.36时流动性能最佳;导流筒长度与外筒长度的比值增大可增加气含率和环流液速, 但是比值过大会引起气泡的聚合, 从而影响流动性能, 当比值为0.60~0.62时流动性能最佳;在一定范围内增加内外筒直径比会改善流动效果, 但环隙面积过小会增加环形阻力, 内外筒直径比为0.73~0.77时流动效果比较理想。     

壳程流体纵向冲刷型高效气-气管壳式换热器的传热与流阻性能的研究

本文以缩放管和螺旋槽管为强化传热管,以空气为传热介质,研究了在换热器壳程中以气体纵向冲刷为结构特征的气-气管壳式换热器的传热与流阻性能,并与弓形隔板管壳式气-气换热器在相同传热温差与传热负荷,相同气体流量与气体压降的条件下做了传热性能的比较,结果表明,缩放管气-气管壳式换热器的总传热系数要比弓形隔板管壳式气-气换热器高64.8%,可节省40%的传热面积.     

Characterization and Modeling of Oxygen Transfer in a Spouted‐Bed Reactor with Auxiliary Aeration

A draft‐tube spouted‐bed (DTSB) reactor was equipped with an auxiliary aeration device to provide air into the annular region and thereby improve the oxygen transfer efficiency. The effects of the total air flow rate and its distribution between spout and annulus, the liquid phase viscosity (water and carboxymethyl cellulose solutions), and the solid holdup (glass and cyclodextrin polymer beads) on the oxygen transfer efficiency were discussed. The oxygen transfer coefficient increased with the air flow rate and the ratio of air flowing through the annulus, whereas it decreased with increasing viscosity and solid holdup. A correlation was proposed to predict the transfer coefficient in DTSB reactors with primary and auxiliary aeration. A good fitting was achieved between the experimental data and those estimated with the model.     

三相下喷式环流反应器的传质性能

在三相非牛顿型流体体系中，对下喷式环流反应器传质特性进行了实验研究。讨论了表观气速、能量耗散速率、导流筒直径与反应器直径比、喷嘴直径、导流筒下端距反应器底部的距离、固体装填量、羧甲基纤维素钠（ＣＭＣ）溶液浓度及其流变特性对它的影响。实验结果表明，容积传质系数随表观气速和能量耗散速率的增加有所增加，在实验条件下，发现最优的导流筒直径与反应器直径比在０．４～０．４５这一范围、固体装填量大约为３％（体积百分比）、导流筒下端距反应器底部的距离为０．０８ｍ左右。同时提出了容积传质系数的经验关联式。     

Gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in a modified reversed flow jet loop reactor

Experiments were conducted in a modified reversed flow jet loop reactor having the liquid outlet at the top of the reactor to determine the gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in the air-water system. The influence of gas and liquid flow rates, and the draft tube to reactor diameter ratio were studied. It was observed that both gas holdup and volumetric mass transfer coefficient increased with increased gas and liquid flow rates and were found to be significantly higher in the modified reactor compared to the conventional one. The optimum draft tube to reactor diameter ratio was found to be in the range of 0.4 to 0.5. Empirical correlations are presented to predict gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in terms of operational and geometrical variables.     

Effect of Clean Air Core Geometry on Fine Particle Contamination And Calibration of a Virtual Impactor

ABSTRACT

The optimum diameter and position of the clean air core in a clean air core virtual impactor were experimentally determined. It was found that the clean air core diameter should be at least twice as large as the converging nozzle diameter and that the clean air core should be positioned so that the ratio of the clean air flow velocity to the aerosol flow velocity ranges from 1.5 to 5.0 at the outlet of the clean air tube. Use of a laminator in a virtual impactor was found to increase the particle loss while maintaining almost the same collection efficiency curve.     

翅片管束瞬态传热研究

利用离散流动的概念和二维非稳态传热的数值计算方法,建立了流体从翅片管束换热器流出时温度变化的计算模型,并设计了配比方法,使离散流动瞬态法有了较大的改善.本文用该方法确定了空气横掠大管径错排翅片管束的换热系数,同时还用恒壁温法对该管束的换热系数进行了试验研究,二者结果符合很好.     

真空条件下蒸汽横掠水平降膜管束的流动阻力

建立了蒸汽横掠带有液体降膜流动的水平管束流动阻力实验台,对影响流动阻力的因素与规律进行了实验研究。实验在绝对压力为12～31 kPa的真空条件下进行,对应的水蒸气饱和温度为50～70℃,模拟了大型海水淡化装置中水平管降膜蒸发器的流动过程。实验结果显示,蒸汽掠过带有降膜流动的水平管束的压降远大于蒸汽横掠水平管束的流动阻力,流动阻力系数不仅与蒸汽流动Reynolds数有关,还与液体在水平管上降膜流动的Reynolds数有很大关联。提出了正三角形排列管束的蒸汽横掠降膜流动管束的阻力关系式。