三维变形管MVR蒸发器的强化传热数值研究

蒸发器的换热性能对MVR (mechanical vapor recompression)系统有着重要影响。利用FLUENT软件,以水为介质,在雷诺数13000 Re 110000,研究了三维变形管的不同结构参数对管内传热与压降性能的影响,拟合出了计算准则关联式。模拟结果显示:由于受到离心力的作用,流体在三维变形管内产生了垂直于主流方向上的二次流,促进了边界层与主流区的径向混合,强化了传热;三维变形管的扭距S越小,长短轴比A/B值越大,强化传热效果越好,但同时压降也会增大;综合换热性能在13000 Re 60000随着雷诺数Re的增大迅速减小,在60000 Re 110000随雷诺数Re增大而逐渐趋于平稳,但仍然优于光滑直圆管,减小扭距S值比增大长短轴比A/B值更有利于提高管内综合强化传热性能。将三维变形管应用于MVR蒸发器中,节材效益显著。     

新型穿流式搅拌桨研究(Ⅱ)——固液体系轴对称射流的实验研究

以磷矿料浆为介质,分别测量了流体穿过单个孔板和连续穿过两个相距一定距离的相同孔板产生的轴对称射流的长度和宽度.结果表明,存在一临界雷诺数Re0,对同一物系,Re0随喷孔长径比增加而减小.当雷诺数Re小于或等于Re0时,射流长度和宽度随Re增加而增加;当Re大于Re0时,射流长度和宽度几乎不变.根据因次分析结果,采用多元线性拟合得到了射流长度和宽度与喷孔出口流速、孔径、孔长和挡板间距的经验模型.     

流速对圆柱绕流旋涡脱落的分析

本论文应用CFD方法数值模拟了绕流中最为经典的绕流问题即圆柱绕流问题。在不同雷诺数下的,卡门涡街的变化情况。研究了不同振幅和振动频率下的流场结构、涡脱落模态和一些重要流动参数的关系并通过速度参数图、压力等值线图展示。本文计算分析流向振荡圆柱绕流中涡脱落方式,结果表明:随着雷诺数Re的增加,相对圆柱绕流脱落增大。     

管路中流体流量的简便计算法

在简单管路的计算中,我们常碰到这样的问题:已知管径d、管长l 及压头H,求流量V_秒。求解这类问题时,由于不知道流速W,从而不能直接算得雷诺数Re 及摩擦系数λ;所以常常要用试差法,对初学的人来说,会造成计算上的麻烦。为简便计,可将有关计算方程式加以组合,绘制(λ·Re~2)~(1/3)与Re 的关系图,按此计算,就可以不用试差法。     

新型柱形圆盘涡轮搅拌桨性能的实验研究

通过搅拌不同浓度的CMC溶液,研究了新型柱形圆盘涡轮搅拌桨在直径300mm的搅拌槽内的部分搅拌性能。利用实验仪器测出不同转速下的扭矩,进而计算出对应的搅拌功率N、功率准数Np和雷诺数Re,然后借助excel绘制出Re-Np的关系图;借助Matlab软件进行线性回归,得出Re-Np的关联式,并在双对数坐标上绘制出其关系图,可知Re<10时,Np与Re呈现负相关;Re>10时,Np随Re的增加下降趋势变缓。     

不同椭圆管形状对平片换热芯片传热性能影响的试验研究

利用萘升华传质/传热比拟实验原理,研究了在椭圆管面积相等条件下,雷诺数在500～3500,不同椭圆管形状对平片换热芯片传热特性的影响;分析了同一椭圆管形状在不同片间距下以及在同一片间距下不同椭圆管形状平片换热芯片的传热特性.结果表明,对给定的雷诺数 Re,Sh数随着片间距的增大而增大;对不同椭圆管形状的换热芯片,在同一片间距及雷诺数 Re 下,椭圆管长短轴之比b/a=1.5时传热特性最好.     

填料塔孔口型液体分布器液体穿孔流量系数实验研究

在特制的实验装置中 ,针对填料塔孔口型液体分布器最常见的单孔流量范围 ,实验研究了 8种孔口的流量系数 Cd随孔口结构和雷诺数 Re的变化规律 ,从所得到的 5 0 8组 Cd- Re数据表明 ,各种孔口的 Cd 均与Re密切相关。Re大于 10 0 0 0 ,Cd 为一恒定值 ,在 0 .6 1～ 0 .96范围 ,仅随孔口结构而变 ,Re小于 10 0 0 0 ,Cd呈现出急剧、复杂的变化。实际填料塔液体分布器孔口射流雷诺数多在 10 0 0 0以下 ,故将流量系数作为常数来处理是不够合理的     

波纹管传热强化效果与机理研究

通过有限元数值计算考察了波纹管内的流动与传热性能,研究了不同的流体入口雷诺数Re及结构参数对管内平均传热系数的影响,探讨了其强化传热机理。研究发现,在常见的湍流范围内,波纹管内平均传热系数是相同条件下直管的1.06—3.0倍,最佳强化效果出现在Re=16 000附近;波峰处回流区的存在对波纹管的传热强化起到了决定性的作用。此外还拟合出了波纹管内的传热准则方程,有助于指导波纹管换热器的工程设计。     

顺排椭圆管束绕流流阻特性数值模拟

运用标准k-ε湍流模型借助流体计算软件FLUENT6.0对流体绕流顺排椭圆管束的流体动力学特性进行了数值计算研究.计算结果表明,当绕流入口处速度的增加,各排管束后速度也在增加,而且呈轴对称性;绕流入口速度恒定情况下,随着绕流的进行,管排后速度在减小;雷诺数Re在18000～36000范围时,流阻特性参数-欧拉平均系数Eu随Re的增加而减小,随横向管节距S1的增加而增大,且欧拉数随管排数的增加迅速减小,大约经过7排管束后,趋于定值.     

LNG绕管式换热器壳侧换热特性研究

绕管式换热器广泛应用于大型陆上天然气液化厂,其换热特性是LNG液化能力的关键因素。通过调研国内外关于绕管式换热器的最新研究进展,对绕管式换热器换热性能进行数值模拟,模拟不同雷诺数工况下绕管式换热器壳侧的流动换热,比较不同入口条件和边界条件下数值模拟,得出了以下结论:低雷诺数时,Re对绕管式换热器的影响较为显著。当Re较大时,Re的作用减弱,并且倾斜工况比竖直工况下换热效果更好;壳侧入口干度越大时,对换热有削弱作用;倾斜工况比竖直工况下换热效果更好。     

基于多GPU并行格子Boltzmann方法的方管湍流模拟

采用CUDA (Compute Unified Device Architecture)和MPI (Message-Passing-Interface)在超级计算机Mole-8.5E上实现了格子Boltzmann方法(LBM)多GPU并行算法,通过三维顶盖驱动方腔流算例验证了多GPU并行LBM算法的准确性和有效性,利用该并行算法分别对雷诺数Reτ为300, 600, 1200下的充分发展的方管湍流进行了大规模模拟。研究发现,当计算网格尺寸小于黏性底层厚度(即Δ+<5)时,在壁面附近的相关传递特性统计误差较小,预测精度满足工程应用范围;Reτ为300, 600时,不同网格尺寸Δ+下的模拟结果表明LBM在方管流中心湍流特性统计具有网格弱相关性,Reτ为600时,与DNS (Direct Numerical Simulation)相比,Δ+=1.667, 3.750, 6.250时平均流向速度的平均误差分别是1.357%, 2.994%和4.766%;Reτ分别为300, 600和1200时,对应网格尺寸Δ+分别为0.833, 1.667和3.333时的方管湍流模拟中,成功捕捉到了二次流特性,预测得到的中心面流向速度、脉动均方根速度等的规律与文献基本吻合,进一步验证了单松弛LBM的可靠性,相关计算结果也为理解高Reτ下的方管湍流特性提供了参考。方管湍流的模拟验证了单松弛LBM多GPU并行算法在超大规模网格计算中的潜力,为进一步实现实际工程流动所需更大规模的数值模拟奠定了基础。     

等温条件下球形颗粒沉降的轨迹特性

采用粒子图像测速仪研究了球形颗粒在重力作用下沉降的流场特性,研究了同一雷诺数(Re)下不同释放位置、同一释放位置不同Re下的颗粒沉降的规律. 结果表明,Re≤100时,同一Re下不同释放位置,颗粒最终稳定沉降位置均在中心处. 颗粒的释放位置沿中心线对称时,颗粒沉降的轨迹线沿中心位置对称;同一释放位置不同Re下,随Re增加,颗粒最终沉降轨迹由稳定的直线下降变为稳定的周期性摆动下降.颗粒的平衡位置与颗粒的初始释放位置及Re无关,但颗粒沉降的轨迹形状与释放位置及Re有关. 模拟结果与实验结果几乎一致.     

高雷诺数下变截面分流歧管面积比对流体分配性能的影响

在高雷诺数(Re=5×105~30×105)下,对不同主管形状和面积比的分流歧管流体分配性能进行数值模拟。通过计算各支管出流流量比(Q/Qave)与流量分配均匀性指数(U),分析Re和主管形状以及面积比(AR)对分流歧管流量分配性能的影响。结果表明,与低Re下的分流歧管流量分配性能高度依赖于Re的规律不同,高Re(5×105~30×105)下分流歧管的流量分配性能几乎不受Re的影响;在相同Re与AR下,主管形状为三角形渐缩的分流歧管的流量分配性能优于其他两种主管形状;随AR增加U总体呈下降的趋势,当AR?1.0时,随AR增大,三种主管形状的分流歧管流量分配均匀性均显著下降,当AR=0.8~1.0时,分流歧管的流量分配均匀性指数变化不明显。     

水平对置双向撞击流混合器的混合效果

采用平面激光诱导荧光技术(PLIF)对浸没状态下水平对置双向撞击流混合器在湍流时的混合情况进行了研究,考察了进口处雷诺数(Re)、喷嘴间距、喷嘴内径、进口速度比对混合效果的影响.结果表明,对称撞击下,喷嘴间距L从d’增加至3d’时(d’为两喷嘴内径平均值),混合时间减小;L由3d’增加至5d’时,混合时间增加,L=3d’时混合时间最小.两端进口处Re=17544时,喷嘴内径由6 mm增至14 mm,混合时间减小且减小趋势逐渐放缓;两喷嘴进口速度比由0.71增至1.67时,混合时间先减小后增加,速度比为1时,混合时间最小;雷诺数Re由7519增至40936时,混合时间减小.对称撞击下,L=3d’时混合效果最好,增加喷嘴内径及雷诺数可显著提高混合效果.     

低速旋转盘腔内液体流动特性

利用粒子图像测速测试平台研究了低速旋转盘腔轴向中截面的液体流动特性,并利用Realizable k-e模型对低速旋转盘腔内液体流场进行三维数值模拟,模拟结果与实验值吻合较好,最大相对误差为16.9%. 利用模型方程研究了导流板数、导流板相对长度、进口雷诺数和旋转雷诺数对盘腔内液体流动的影响. 结果表明,盘腔体积平均相对速度及涡量受进口雷诺数(Re)、导流板数、导流板相对长度影响较大,当进口Re从17000升至53000时,体积平均相对速度及涡量分别增加2.4倍和1.6倍;当导流板数由0提高至4时,体积平均相对速度及涡量增幅分别为62%和30%;当导流板相对长度由0.5提高至0.93时,体积平均相对速度及涡量增幅分别为114%和58%. 盘腔压损主要受进口Re的影响,当进口Re从17000升至53000时,盘腔压损增长8倍,而导流板数及导流板相对长度对压损的影响较小,增幅均小于5%. 为强化旋转盘腔内流体与壁面间传热,减小流体阻力,应优化进口Re、尽量增加导流板数和长度.     

波纹翅片板翅式换热器换热与阻力性能

为研究翅片结构对波纹翅片板翅式换热器换热与阻力性能的影响规律，在模化实验验证的基础上，对21种波纹翅片的性能进行数值模拟。结果表明：翅高h≤10 mm时，其对换热与阻力性能影响较小；翅高h>10 mm时，随h增大，换热性能先提高(Re=1 500、5 000时分别提高3.54%、5.98%)后降低(Re=1 500、5 000时分别降低4.2%、5.95%),阻力性能先降低(Re=1 500、5 000时分别降低2.83%、5.65%)后提高(Re=1 500、5 000时分别提高2.99%、3.98%)。随翅片间距s增大，换热性能在低雷诺数时降低(Re=1 500时降低16.02%),在高雷诺数时提高(Re=5 000时提高6.83%),阻力性能降低(Re=1 500、5 000时分别降低151.6%、73.87%)。随翅片振幅2A增大，换热性能提高(Re=1 500、5 000时分别提高49.29%、34.43%),阻力性能降低(Re=1 500、5 000时分别降低201.18%、146.2%)。随波长L增大，换热性能降低(Re=1 500、5 000时分别降低45.92%...     

篦式冷却机中的气固流动

在研究了篦式冷却机床层气体流动特性后,根据气固两相流理论,采用压降阿基米得数和颗粒雷诺数Re分析研究了气体通过熟料床层时各参数之间关系,并在此基础上研究温度对压降阿基米得数和颗粒雷诺数的影响。     

非牛顿流体在过渡域的搅拌功率和混合效率

本研究测定了螺杆-导流筒、锚式、框式、三层三叶后掠式-D 形挡板和四层MIG-D 形挡板搅拌器的功率消耗 K_p、Metzner常数 Ks和混合时间 θ_M。得到了下列关联式:对牛顿流体,在层流域(Re<20),N_pRe=K_p;在过渡域(Re>20),1nN_p=A B 1n Re C(1n Re)~2。对非牛顿流体,只要用表观雷诺数Re~*代替上式中的雷诺数Re,螺杆-导流筒、三层三叶 后掠式-D 形挡板和四层MIG-D 形挡板搅拌器同样可用上述功率关联式;对锚式和柜式搅拌器,在层流域可用牛顿流体功率关系式,在过渡域,则会产生50％的偏差。作为工业设计,在层流域和过渡域,可选用螺杆-导流筒搅拌器;当Re>200时,也可选用三层三叶后掠式-D形挡板搅拌器。     

水基石墨烯纳米流体在矩形小槽道内的流动换热特性

测试了水基石墨烯纳米流体的部分热物性,研究了不同浓度、雷诺数(Re)和加热功率条件下水基石墨烯纳米流体作为换热工质在设计的矩形结构小槽道内的对流换热性能。结果表明,层流状态(Re=500~2000)下,矩形槽道壁面温度随Re增大逐渐降低,随加热功率增大逐渐升高,与常规流体换热特性一致;在相同Re和换热功率条件下,随纳米流体浓度增大,壁温逐渐减小;水基石墨烯纳米流体的换热强度比基液去离子水提升较大,Re=2000、加热功率为210 W时,浓度为0.03wt%的水基石墨烯纳米流体的平均努塞尔数(Nu)为9.3,比基液水提升48.8%;受入口效应影响,沿槽道长度局部对流换热系数逐渐减小,最高可达25674.5 [W/(m2?℃)],较基液水最大可提高39.1%;Re=500~1400时,石墨烯纳米流体的流动换热强度随Re增大明显增强;由实验数据结合理论模型拟合了适用于石墨烯纳米流体对流换热强度的计算式,计算结果与实验结果最大相对误差不超过25%,平均相对误差仅为4.8%。     

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。