SMV型静态混合器的三维数值模拟

利用CFD软件模拟了SMV型静态混合器内的流场,计算了压力降,分析了其强化传热的特性。通过对流场的分析,首次从数值的角度揭示了SMV型静态混合元件使流体产生径向流动、壁面冲刷和沿壁面作周向流动使流体微团旋转是改善管内传热的三大因素。计算了平均对流传热系数和流动阻力系数,与已有的实验值进行比较后验证了计算结果的可靠性,拟合得到了具有较高相关性的传热准则数方程。通过局部传热系数的计算得到了SMV型静态混合器的传热入口段长度。与空管情形进行比较表明,SMV型静态混合器的传热系数比空管提高了约3.7倍。     

基于FLUENT对SWX型静态混合器的研究分析

通过Pro/E软件进行SWX型静态混合器结构和流体模型的三维建模,并基于ANSYS Workbench下的FLUENT模块进行研究分析,采用标准的κ-ε数学模型对在湍流状态下的静态混合器进行流场、速度场、压力场和传热特性的数值模拟,研究静态混合器内流体的流动特性和混合机理。结果表明:流体沿轴向流动时由于混合单元的存在,使得均为匀速的流体出现了速度的分化,流体的轴向最大流速约为径向流速的1.3倍、周向流速的1.7倍,说明流体受到混合单元的阻扰产生径向和周向运动,使流体不断进行分散、分割和重组等形式的变化,而流体经过第3、4个混合单元后基本达到稳定状态,流速区域的分割也相对稳定;另外,流体流量的高低以及混合单元组的数量直接影响到混合器内压降的大小;最后,通过对比分析证实了静态混合器具有较强的传热特性,为SWX型静态混合器的应用、设计、安装提供了参考依据。     

新型静态混合器流体力学性能的数值模拟

应用计算流体力学(CFD)软件对具有2块稀释孔板的新型静态混合器内的三维可压缩湍流流场进行数值模拟.采用标准双方程湍流模型,得到混合器内流场变化和压降情况,并绘制出了不同速度下的压降变化曲线.仿真结果和实际相吻合,在揭示混合器内部流动特殊规律和流动机理的同时,对工程实践提供了理论依据.     

超声空化对SK型静态混合器传质传热的影响

为了研究超声空化对静态混合器传质传热的影响,以SK型静态混合器为研究对象,运用FLUENT软件对混合器内浓度场、温度场进行数值模拟。模拟结果表明:在超声空化的作用下,流体的混合速率有了大幅提升,传质过程得到显著加强;混合流温度实现均一的过程也有所缩短,传热效率得到提高。     

中国结式静态混合器的流体力学特性

通过计算流体力学方法模拟研究了高黏条件下中国结式静态混合器(CKSM)的流动和传热特性。实验结果表明,低Re下,CKSM规范化了管道内流场结构,加强了流体的径向混合,削弱了层流边界层;CKSM的结构效应使管内摩擦系数较空管增加了3.4倍,Nu提高了1.9～3.2倍,综合传热评价指标(PEC)增加了1.4～1.5倍;当CKSM管内伴热时,静态混合器管壁处的Nu增加了2.7～4.0倍,PEC提高1.9～2.3倍。     

基于SMX静态混合器的天然气掺氢流动影响研究

为了获取均匀的天然气掺氢混合气,确保掺氢燃气管道稳定、安全输送,采用数值模拟与试验相结合的方法研究了天然气与氢气在SMX静态混合器中的掺混特性及影响因素,详细分析了掺混单元数量、运行工况和掺氢体积比等因素对掺混性能的影响。研究结果表明,氢气与天然气的混合主要依赖于混合单元不断改变流动状态,实现左旋和右旋相互交替,达到均匀混合。流动损失主要取决于静态混合器内流动速度,综合考虑SMX静态混合器的压力损失和混合均匀度性能指标,采用4个掺混单元、进口气流速度10 m/s是一个优选方案。此外,增大掺氢体积比和加长流经混合器出口下游管道长度均有利于提升氢气和天然气掺混均匀度,要结合燃气管道的具体情况来确定掺氢体积比的合理范围。     

含SMV型静态混合元件的管内传热性能

在介绍SMV型静态混合元件的基础上,详细分析了管内带有混合元件时流体的流动特性以及流体与壁面的传热过程,提出了当介质的Pr较大时,在传热入口Lr段上应用圆管内入口段对流换热理论,建立模型并求解得到SMV型静态混合器的传热特性方程。将其结果与已有的实验和理论结论进行了比较,证明了其在一定范围内的正确性。     

管壳式换热器模拟中壁面函数选择分析

为了比较不同壁面处理方法对管壳式换热器壳侧流体流动和传热的影响,建立了折流板换热器壳侧数值模型,应用大型CFD软件Fluent对其在湍流流动下的流动与传热特性进行数值计算,并将数值计算结果与试验数据进行对比。结果表明,在相同边界条件下,选择不同壁面处理方法,所得计算结果有一定的差别,并且主要差别发生在进口段及折流板附近流体流动发生剧烈变化的区域,但3种壁面处理方法均满足工程计算需要,其中采用增强壁面函数法模拟结果与试验结果最为接近,能更为准确地计算折流板换热器壳侧复杂流动。     

SMV型静态混合器的试验研究

建立了空气-水套管式换热器的试验台,分别测量、计算了空管和SMV型静态混合器的管内对流传热系数,后者比前者提高了4.36倍。通过建立与之具有相同尺寸的模型,在合理的近似工况下,数值模拟了空气在SMV型静态混合器内的流动与传热。与试验数据的比较发现,数值计算具有相当的可靠性。     

应用CFD软件模拟Φ115 mm涡轮钻具机械特性

应用CFD软件对涡轮钻具组的内流场进行了分析研究，重点讨论了模拟压降和扭矩。考虑容积损失和摩擦损失的影响，采用三元流动设计理论，用粘性流体代替理想流体，用湍流代替层流，研究跨叶片的流场及其流体与叶片的相互作用，计算压降的理论预测值与实测值非常接近，修正后的模拟扭矩基本等于对应转速下的实测值，模拟总效率曲线也与实测曲线基本吻合。通过模拟，获得了较详细的内流场数据，揭示了内流场与外特性之间的关系，进一步说明CFD的有效性，对改进涡轮机械性能指明了途径。     

极限扩散电流技术测定管内强化传质系数

采用极限扩散电流技术(LDCT)测定管内液体传质系数(k),通过使用静态混合器、筛板和不锈钢θ环填料与筛板耦合体等强化元件,考察了不同强化手段对管内k的影响,研究了气液多相体系的传质过程。实验结果表明,LDCT能较好地测定单相和多相体系的k。在液体流量为1.00m3/h的条件下,空直管中的k为2.38×10-2m/s;使用筛板、静态混合器和填料与筛板耦合体时,k分别为3.64×10-2,3.96×10-2,5.90×10-2m/s。由实验测定的k结合传递类比定律可得到液体传热系数。     

加氢空冷器入口静态混合器混合效果数值分析

采用Fluent软件中的Mixture模型和标准湍流模型,对加氢空冷器入口管道系统孔板式静态混合器的混合效果及其影响因素进行了数值分析。结果表明:多相流在流经静态混合器时,会形成反向的涡流,增强流体径向间的扩散。在现场实际工况下,混合效果的持续距离约为5.8 m。当流速处于2～4 m/s内,提高流速,混合效果明显增强。当流速高于6 m/s时,混合器的有效作用距离趋于稳定,对流速的变化不再敏感;当静态混合器的长径比为3.04、混合器管径与孔板直径的比值约为3.83、孔板倒角为45°时,混合效果最佳。     

乙苯蒸汽过热器壳程流场模拟与换热性能分析

基于几何和雷诺数Res相似理论建立管壳式乙苯蒸汽过热器计算模型，利用FLUENT 17.2软件模拟过热器流场，分析壳程质量流量对壳程换热系数、壳程压降、综合评价因子Nu×Pr-1/3的影响规律，研究壳程附件对流场及换热的影响。结果表明：过热器壳程流场分布不均，折流板背风面存在流动死区；随着流量增大，壳程换热系数和压降增加，在对数坐标下拟合Res与Nu×Pr-1/3有良好的线性关系，数值模拟结果与经验方法Bell-Delaware得到的结果吻合较好；增加折流板数，单位压降下的传热系数减小，流动死区减小，壳程压降和换热系数增大；旁路挡板能有效地减弱旁流流量并提高换热效果，防冲管有助于提高壳程进口端流场均匀性；支持板会造成壳程流量分配严重不均，壳程换热系数和压降降低，严重影响了过热器的整体换热效果。通过流场模拟与换热性能分析，发现支持板的设置是工业乙苯过热器换热性能变差的一个重要原因。     

某汽油机冷却水套三维CFD分析

鉴于冷却水的流动与传热会直接影响发动机的冷却效率,高温零件的热负荷,整机的热量分配和能量利用,使用计算流体力学（CFD）软件对某汽油机冷却水套进行三维CFD分析,得到了冷却水套内冷却液的流场、换热系数分布、压力损失以及流量分布等信息,计算结果表明：该机冷却水套中流速和换热系数均能满足设计要求;气缸盖3缸冷却效果好于其它两缸。     

螺旋肋片自支撑换热器壳程性能数值分析

为了分析螺旋肋片强化换热器壳程传热机理，用FLUENT软件分别建立了套管换热器和管束换热器的三维模型，模拟得到了壳程的传热和压降性能。数值结果表明，螺旋肋片强化传热的主要机理是螺旋肋片引起的螺旋流动使流体流速提高并产生二次流，减薄了速度边界层，促进了主流流体和边界层流体的掺混；换热管之间螺旋流动的相互影响进一步提高了换热器的传热系数；螺旋肋片的螺旋角和流体雷诺数对壳程努塞尔数和压降产生显著影响，应将螺旋角和雷诺数限制在一定的范围内。数值模拟结果与试验数据吻合较好。     

振荡流混合器注入分散过程数值模拟

应用计算流体力学(CFD)计算方法,基于三维流场数值模拟结果,对净流量为0时,振荡流混合器(OFM)单腔室和三腔室中三维层流状态注入粒子分散特性进行数值模拟研究。流场中由于漩涡的形成,使粒子实现整体混合而达到了良好的混合效果。在净流量为0的层流流场中,雷诺数的变化对粒子分散不会产生很大影响,在同一周期,不同相位的粒子分布不相同。     

冷板式换热反应器结构设计

针对传统管壳式换热反应器热阻大、传热系数小的缺点,采用独特设计的新型冷板作为换热元件,开发一种传热系数高、结构紧凑的冷板式换热反应器。通过数值模拟分析催化剂床层及冷板内部流体的速度场及温度分布情况,验证新型冷板式换热反应器的传热系数及传热性能,分析结果显示新型冷板的内部网状通道使流体流动方向和速度不断改变,加剧了流体的湍流效应,打破滞留边界层,降低了热阻。计算得出,新型冷板式换热反应器与传统管壳式换热反应器相比,传热系数明显提高。     

圆弧形凸台板式热交换器传热及流阻性能数值分析

采用计算流体动力学模拟方法,对板式热交换器圆弧形凸台板片进行数值模拟,并将烟气出口温度模拟结果与相关文献中的试验数据进行比对分析,验证了数值模拟的准确性。运用Fluent软件,对圆弧形凸台板片烟气侧传热和流阻性能进行数值模拟分析。不同凸台倾角时流道内温度场和压力场的分布情况表明,随着凸台倾角的减小,热交换器传热效果变好,但流动阻力变大。凸台间距减小及凸台高度增大时,热交换器传热及流阻性能变化情况具有同样规律。拟合了热交换器传热和流阻性能变化曲线,归纳了各几何参数对热交换器传热和流阻性能的影响规律,可为板片优化设计提供依据。