错位六弯叶桨搅拌假塑性流体流场宏观不稳定性数值模拟

采用分离涡模型,对错位六弯叶(6PBT)搅拌槽内流场结构和宏观不稳定性(MI)进行了数值模拟。工作介质分别选用去离子水和不同质量分数的黄原胶水溶液,并将水的速度场分布与PIV实验结果进行了比较。通过采集监测点的速度时间序列,结合MATLAB软件编程,计算得到流场宏观不稳定频率的变化。结果表明:流场结构和速度矢量的计算值与PIV实验数据吻合较好,分离涡模型的计算结果可靠;提高转速,槽内假塑性流体MI频率峰值增大,脉动强度提高,当转速达到225 r·min-1时,MI频率特征消失,频谱图呈现谱带现象,意味着流场进入混沌;流体的流变性对MI没有影响,MI现象是流体流动的共有特征。     

错位六弯叶桨搅拌假塑性流体流场宏观不稳定性数值模拟

采用分离涡模型,对错位六弯叶（6PBT）搅拌槽内流场结构和宏观不稳定性（MI）进行了数值模拟。工作介质分别选用去离子水和不同质量分数的黄原胶水溶液,并将水的速度场分布与PIV实验结果进行了比较。通过采集监测点的速度时间序列,结合MATLAB软件编程,计算得到流场宏观不稳定频率的变化。结果表明：流场结构和速度矢量的计算值与PIV实验数据吻合较好,分离涡模型的计算结果可靠;提高转速,槽内假塑性流体MI频率峰值增大,脉动强度提高,当转速达到225 r·min^-1时,MI频率特征消失,频谱图呈现谱带现象,意味着流场进入混沌;流体的流变性对MI没有影响,MI现象是流体流动的共有特征。     

圆弧型与X型开缝翅片空气侧流动与传热特性可视化试验

利用粒子图像测速(PIV,particle image velocimetry）技术和红外热成像技术对增压空冷器空气侧的4排叉排圆弧型和X型开缝翅片的流动和传热特性进行了可视化试验研究。在试验的Reynolds数范围内,得到了阻力和换热特性曲线以及能反映流动和传热细节的流场和温度场。试验结果表明：X型开缝翅片的波动强度、流动阻力大于圆弧型开缝翅片,但前者的换热性能和场协同性优于后者。提出的新概念波动强度是表征翅片结构对流场扰动程度的物理量,波动强度越大,流场内的速度梯度、涡量强度越大,翅片结构对流场的扰动越大。可视化的试验结果为后续的数值模拟和翅片结构优化设计提供了可靠的试验依据。     

翼型涡发生器对半圆形螺旋通道的换热强化机理

为考察不同形状和布置方式的翼型涡发生器强化半圆形截面螺旋通道的换热特性,对单一以及安装了jxjs、jxjk、sjjs和sjjk 4种涡发生器的螺旋通道内流动与换热特性进行了数值研究,数值模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明,研究范围内涡发生器前后180°范围内的换热壁面平均Nusselt数与单一通道的相应值之比的平均值在1.044~1.074之间,流动阻力系数f/f0在1.105~1.188之间。对传热效果而言,矩形翼优于三角形翼,对翼渐缩布置优于渐扩布置。涡发生器产生的纵向脱落涡旋改变了原有的二次流场结构,改善了速度场和温度场的协同性,强化了传热。安装jxjs和sjjs型涡发生器的复合二次流场分别为4涡和2个大涡结构,Re=8000时两者在通道内强化换热作用范围分别可达10.47和12.56倍翼高的距离。     

变扭率扭旋叶片强化传热特性

为探究扭旋叶片的结构参数——扭率变化率Tv对管道换热的影响,以水为介质,在Tv=-5~5范围内,采用实验和数值模拟方法研究了恒壁温条件下流体的传热和阻力特性,并分析了综合传热性能及强化传热机理。结果表明,沿流动方向Tv0的扭旋叶片安装方式强化传热效果优于Tv=0,研究范围内Tv=2.5时综合强化传热比最高,相对Tv=0平均提高5.0%。而Tv0时强化传热效果劣于Tv=0,应避免此种叶片安装方式。扭率的变化影响了流场结构,当Tv0时,在近1/2流动区域内绕流旋涡的涡量和影响区域明显增加,同时,在绕流旋涡流动区域,压力、速度和温度的三场协同程度得到提高,进而强化了换热管道的传热效果。     

列管式固定床反应器管束间单相流动与传热的CFD研究

为研究列管式固定床反应器壳程内换热介质的流动与传热特性,采用数值模拟的方法求解得到壳程流体速度与温度分布场。模拟结果受湍流模型影响,将壳程传热膜系数和压降的CFD模拟结果与经验方法结果进行比较后选择偏差最小的realizable k-ε湍流模型。模拟结果显示换热介质在反应器壳程内的流动与传热分布不均匀,折流板前背部存在漩涡和传热死区,错流区和折流板缺口区的传热效果较好。为验证CFD模拟结果的可靠性,将不同传热量和进口流量条件下的模拟结果与经验方法结果进行比较,偏差在可接受范围内。     

变扭率扭旋叶片强化传热特性

为探究扭旋叶片的结构参数--扭率变化率Tv对管道换热的影响,以水为介质,在Tv=-5~5范围内,采用实验和数值模拟方法研究了恒壁温条件下流体的传热和阻力特性,并分析了综合传热性能及强化传热机理。结果表明,沿流动方向Tv>0的扭旋叶片安装方式强化传热效果优于Tv=0,研究范围内Tv=2.5时综合强化传热比最高,相对Tv=0平均提高5.0%。而Tv<0时强化传热效果劣于Tv=0,应避免此种叶片安装方式。扭率的变化影响了流场结构,当Tv>0时,在近1/2流动区域内绕流旋涡的涡量和影响区域明显增加,同时,在绕流旋涡流动区域,压力、速度和温度的三场协同程度得到提高,进而强化了换热管道的传热效果。     

列管式固定床反应器管束间单相流动与传热的CFD研究

为研究列管式固定床反应器壳程内换热介质的流动与传热特性,采用数值模拟的方法求解得到壳程流体速度与温度分布场.模拟结果受湍流模型影响,将壳程传热膜系数和压降的CFD模拟结果与经验方法结果进行比较后选择偏差最小的realizable k-ε湍流模型.模拟结果显示换热介质在反应器壳程内的流动与传热分布不均匀,折流板前背部存在漩涡和传热死区,错流区和折流板缺口区的传热效果较好.为验证CFD模拟结果的可靠性,将不同传热量和进口流量条件下的模拟结果与经验方法结果进行比较,偏差在可接受范围内.     

三角形螺旋流道层流流动及换热特性模拟

应用CFD软件研究了直角三角形螺旋流道内层流流体的流动及换热特性,得到了充分发展条件下流体的速度场及温度场,分析了换热壁面局部努塞尔数Nuloc的分布及流道结构对三角形螺旋流道内流体流动及换热的影响。结果表明:层流状态内,流体在流道横截面上产生的二次涡为稳定的两涡结构;受二次流的影响,换热壁面上各点的努塞尔数并不一致,其峰值出现在靠近二次涡中心位置的换热壁面处。增大雷诺数及量纲一曲率,使得局部努塞尔数峰值明显增大,且会使换热面中心弱传热区增大。平均努塞尔数随着雷诺数或曲率的增大而增大,但相应的阻力系数也会随之增加。     

矩形截面高宽比对射流强化螺旋通道传热性能的影响

为了进一步探究具有不同截面高宽比的单一螺旋通道内流体湍流流动与换热特性以及射流对矩形截面螺旋通道的强化传热效果,采用计算流体动力学软件模拟研究了高宽比γ分别为0.625, 1.1, 1.6和2.5时,单一矩形螺旋通道及射流作用下螺旋通道内的湍流流场、二次流场及强化换热特性。结果表明,对于单一矩形螺旋通道,相同横截面积和流量时,仅当γ≥1.6的通道在高雷诺数下二次流会出现四涡结构,其余为两涡结构。对于单一螺旋通道,γ值越大流动阻力越小,同时换热性能越差。加入射流后,矩形截面四个壁面的换热能力均有提高,γ值越大射流的强化传热效果越显著,研究范围内局部壁面换热努塞尔数的平均值(Nulocal)m最高可为单一螺旋通道的2.51倍。考虑流量增加的影响,射流影响下的螺旋通道区域内综合强化传热因子PEC2在1.05~1.21之间。