横管降膜过程中液膜内流动和传热特性分析

横管降膜流动过程中,液膜速度和温度及其分布是影响传热传质的关键因素,由于实验研究方法的局限性,实验研究结果一般只是液膜内各参数的平均值,而液膜内部的速度和温度具体分布特性却很难得到。借助FLUENT软件,利用VOF模型研究了橫管外液膜速度和温度及其分布特性。通过建立三维数理模型,模拟研究了常温常压下,橫管外液膜无相变条件下横管液膜的传热过程,并从边界层的角度解释了液膜波动对传热过程的影响。     

不同组合方式下新型凹凸壳换热板通道的换热性能研究

应用数值模拟方法对新型凹凸壳换热板通道的流动换热特性进行了研究,凹凸壳在流动方向上取顺排和叉排两种组合方式。结果表明:无论是叉排还是顺排,每个凹凸壳内都产生3个纵向涡,位于壳底部的纵向涡扰动程度最小,换热强化主要作用于凹凸壳部位;叉排时x方向相邻两壳之间也形成两个纵向涡,纵向涡大大强化了壳壁面的换热,叉排时虽然产生较多的纵向涡,但通道的流动阻力较大,使得流体的整体扰动程度不大,换热系数较顺排时提高不明显;Re=4930时,与叉排组合的凹凸壳通道相比,顺排组合的j因子增加了5.63℅,f因子减小了39.1℅,凹凸壳顺排组合时的j、f因子比酒窝板增加8.44℅和7.9℅。     

基于水平圆管外加装排液板降膜流动的数值模拟

为了研究排液板对水平圆管外降膜流动与传热的影响,建立了水平圆管底部加装排液板的物理模型,采用流体体积函数(VOF)模型对其管外降膜流动进行了数值模拟,并将数值模拟结果与文献中的实验数据进行了对比.结果表明:加装排液板的水平圆管的平均液膜厚度比未加装排液板的水平圆管薄,管壁局部Nu大,排液板起到加速排液及减薄液膜的作用,有利于强化传热;排液板高度越大,管外同一周向角位置处的液膜厚度越薄,管壁局部Nu越大;排液板厚度较小或者较大都不能有效发挥加速排液的作用.     

外波纹管管外降膜流动过程液膜厚度及速度分布特性

针对外波纹管管外降膜流动过程,采用实验结合数值模拟的方法,考察了液体喷淋密度、管间距和管径变化对液膜厚度周向分布的影响,并与光滑管进行了比较,同时分析了外波纹管管外液膜速度分布特性。结果表明:光滑管外液膜厚度由上至下沿周向呈先减小、后增加的趋势,在90°～120°之间液膜最薄;外波纹管去除波纹间凹槽内的液体后,波纹外的液膜厚度数值及其周向分布规律与相同直径的光滑管相似,周向平均液膜厚度随着液体喷淋密度的增加、管间距及管径的减小而增大;液膜沿周向分布的均匀程度及流动速度大小均与液膜厚度有关,波纹外液膜沿周向分布的不均匀性随着液膜厚度的增加而增加,气液界面处的液体速度沿周向分布规律与液膜厚度分布规律相反;相邻两波峰间凹槽内的液体存在局部循环流动。     

竖直管内降膜流动气液两相运动数值模拟

对较高流速下强迫竖直降膜进行了模拟.建立了描述竖直管内强迫降膜的物理模型和数学模型,采用RNG k-ε模型描述管内气体和液体的复杂湍流流动过程,采用VOF方法对气液相界面进行追踪.通过观察流动过程中的液膜前端速度矢量变化、整个流场中的压力分布变化过程,对降膜前端的"托举"现象进行了分析,对竖直管内液膜形成过程中的两相复杂运动进行了分析研究,指出了避免"托举"现象出现的条件.     

顺排与叉排套片式换热器的热力性能对比研究

套片式换热器的管束排列形式一般都是叉排,顺排非常少见。由于顺排形式的套片式换热器通常比叉排的流动阻力更小,因而对一些流动阻力有限制的场合,可以考虑使用顺排形式的套片式换热器。为论证这一点,对某种结构形式的顺排套片式换热器和叉排套片式换热器的热力性能进行了对比研究。为便于对比、分析,两个换热器试件的纵向管间距及管排数设计成相等。结果显示:两个试件的热力性能非常接近。分析表明,在某些应用场合,套片式换热器排列成顺排是更合适的选择。图7参6     

海水淡化中降膜蒸发过程的实验研究

由于横管降膜蒸发具有传热系数高、热耗低、可利用低品位能源等优点,横管降膜蒸发技术成为低温多效海水淡化技术中应用最广泛的方法.搭建了单管横管降膜试验台,观测了横管降膜蒸发的流动过程,研究了横管降膜蒸发过程中的流动特性和传热特性,归纳了管间距、喷淋密度对横管降膜蒸发过程中流动特性和传热特性的影响.实验结果表明:喷淋密度的增...     

管束排列方式及管间距对水平管外液体成膜情况的影响分析

针对水平管降膜蒸发器管外液体的成膜情况,采用数值模拟方法,分析了管束排列方式及管间距等结构参数对水平管外液体成膜情况的影响.结果表明:管束布置方式、管间距对顶排管的影响不大,对于顶排管以下的管排来说,叉排方式时的液膜厚度要明显小于顺排方式的液膜厚度;随着管间距的增大,第二根管壁上的液膜厚度逐渐减小.     

水平外波纹管降膜管间流型转变

相比于光管,外波纹管的壁面凹凸结构可增加换热面积,从而提高水平管降膜蒸发器的传热特性。准确预测溶液管间流型是提高传热传质性能的关键步骤。建立了水平管降膜实验装置,研究管间距、溶液浓度、管型对降膜流动过程管间流型转变的影响。结果表明:随着雷诺数(Re)的增加,管间流动形态依次出现滴状流、滴柱状流、柱状流和柱片状流和片状流;对于每一种流型转变所对应的Re,外波纹管明显低于光管,并随管间距的增大而增大,随NaCl溶液质量分数的增大而减小;相较于光管,两种外波纹管更易在较低Re下获得各稳定流型。流型转变边界可以通过流体Re与伽利略数(Ga)之间的函数关系式描述。通过拟合实验数据,得到了3种管的流型转变关系式。     

机车空气滤清系统CFD数值模拟分析

对机车空气滤清系统进行空气动力学特性数值模拟,研究分析机车空气滤清系统的流动阻力损失和空气滤清系统中间腔体内横置式滤清器流动均匀性,并进一步研究不同进气量下,空气滤清系统中间风道的阻力特性.滤清器采用多孔介质模型,横置式滤清器分为上下两排,采用顺排和叉排(上4下5和上5下4)的不同排列方式.研究结果表明:叉排的排列方式...     

降膜过程中液膜厚度和温度同步测量系统研制

针对金属圆管外降膜过程中关键参数的高精度测量,研制了基于双波长激光吸收光谱技术的液膜厚度和温度同步测量系统,利用该系统对不同工况下竖直和水平金属圆管外降膜过程液膜厚度和温度进行同步测量,同时结合图像法和热电偶对该系统的测量精度进行验证.结果 表明:不同方法测得的金属圆管外液膜厚度和温度的变化趋势吻合良好,二者最大平均偏差分别为4.3％和3.8％;该系统有望为深入研究液膜形成、流动及蒸发过程提供高精度、高灵敏度和无干扰的测试手段.     

水平管降膜蒸发器中液膜厚度周向分布研究

采用VOF模型对水平管表面液膜厚度分布进行数值研究,并将结果与实验数据进行比较,二者吻合较好。结果表明:液膜沿水平管周向的流动可分为瞬态过程及之后的稳态过程,瞬态过程包括液体自由下降、冲击管壁、液膜发展、充分发展以及脱离管壁5个阶段。稳态过程中,液膜厚度沿圆管周向分布为先减小,再增大。水平管上、下半部液膜厚度分布不对称,顶部和底部存在两个切向速度滞点,下部滞点处可能会出现无液区。随着液膜雷诺数的增大,液膜厚增大,下部无液区范围也增大。较大的管径会导致液膜在同一角位置处流速增加,液膜厚度减小。     

降膜流动及膜破裂特性的三维数值模拟

对平板降膜流动进行三维数值模拟,采用VOF模型追踪气液两相界面的变化,揭示了降膜流动的三维特性,小流量下液膜比较平滑,靠近边壁处厚度和速度达到极小值,液膜最易破裂;流量增大,液膜波动幅度变大,三维特性增强。考虑气液之间的相互作用,加入气液剪切力源项,气液同向时,液膜的厚度变薄,流速变大;逆向气流作用时,液膜受到气流拉扯,表面流速减小。通过大量数值实验拟合出液膜厚度的关联式并与众多学者的结果做了比较,验证了数值模拟的可行性。     

不同排列方式下三角翼波纹翅片管换热器的换热性能比较

应用三维数值模拟的方法对加装三角翼涡发生器的波纹翅片管换热器的流动换热特性进行了研究.3排换热圆管按顺排和叉排2种方式排列.结果表明:三角翼产生的纵向涡包括1个主涡和1个角涡.顺排布置时,纵向涡不但改善了尾迹区的换热,同时还大大强化了三角翼下游管排壁面的换热;叉排布置时,纵向涡在遇到后一个波谷时很快被抑制,换热的强化主要作用于尾迹区.ReD=3000时,与无三角翼的波纹翅片相比,三角翼波纹翅片的j、f,因子在顺排和叉排布置中分别增加了15.4%、10.5%和13.1%、7.0%.在不同排列方式下,三角翼产生的纵向涡均提高了波纹翅片管换热器的换热性能.     

基于遗传算法的燃气轮机叶片内部柱肋蒸汽冷却通道的优化分析

针对叶片尾缘内部柱肋冷却方式进行数值仿真和优化分析。采用CFX软件进行数值仿真计算,建立圆形柱肋、水滴形柱肋和正方形柱肋3种柱肋形状下,不同柱肋间距的矩形通道模型,验证数值模型的正确性以及网格无关性。分析了顺排和叉排的排列方式下,柱肋形状和柱肋间距对下底面努塞尔数以及整个通道内压力损失的影响,最后通过MATLAB的遗传算法对仿真结果进行优化。研究表明：柱肋模型中,横向和纵向柱肋间距最小时,换热效果最佳,压力损失最大;在顺排和叉排中,正方形柱肋对通道的换热强度的提升效果最明显,圆形柱肋提升效果最小。     

椭圆横管外降膜流动和换热特性分析

本研究基于VOF算法编写用户UDF(自定义函数),采用FLUENT软件建立了椭圆横管外降膜流动和换热的计算模型。根据CFD(计算流体力学)模型计算和分析了在不同长短轴比下管外降膜速度分布、压力分布、液膜内温度分布和管外换热分布的变化规律。研究结果表明:长短轴比的变化影响了管外液膜速度分布、压力分布和膜内温度分布;相比圆管,椭圆管的管外膜内液体流速更快。壁面压力沿周向逐渐减少并在X=0.9附近快速回升;随长短轴比e的增加,周向压力最小值位置逐渐向后推移。局部Nu数分布与压力分布在趋势上存在一致性。当e=1.65附近时,椭圆的换热性能最优;最后,通过对管形的研究分析,提出横管的传热分区模型。     

带扰流圆柱肋楔形通道的流动与换热数值研究

建立了带扰流圆柱肋楔形通道内的换热与压力损失数值计算模型,采用ANSYS-CFX商用软件数值研究了楔形通道内叉排和顺排柱肋的换热与压损特性,分析了流动与结构参数的影响规律。结果表明:随雷诺数的增大,柱肋表面、柱肋排以及通道底面的平均努赛尔数呈增大趋势;随着x/D的增大,柱肋表面和柱肋排的平均努赛尔数有所降低;随着楔形通道收缩角的增大,柱肋表面和通道底面的平均努赛尔数略有增强;相同条件下的叉排柱肋换热效果要好于顺排柱肋换热效果。范宁摩擦系数随雷诺数增加而略有增大,随x/D增大有较大的降低,随着收缩角的增大而增大。在计算参数内,叉排柱肋且x/D为1.5时的热力性能系数最高。     

氦气冲刷螺旋管束传热的数值研究

采用CFD软件对氦气冲刷螺旋管束的传热特性进行了数值模拟。计算时采用了轴对称简化模型;湍流模拟采用低Re k-ε模型。通过与实验数据对比,发现低Re模型比壁面函数法更适合计算冲刷管束类型的流动。计算结果表明,顺排管束前几层平均Nu高于叉排管束,而深层管平均Nu低于叉排管束;管列距离较大时排列方式对深层管的传热影响很小;管束与边界距离约为管束中心部分氦气流道宽度的一半时,各列传热管传热和氦气出口温度都较为均匀;管束横向位置发生偏移将导致管束内流动、传热出现不均匀。结果对于螺旋管蒸汽发生器设计具有参考意义。     

水平管外降膜厚度分布规律的数值模拟研究

液膜厚度分布规律对水平管降膜蒸发过程有重要的影响。本研究建立了水平管外降膜流动的CFD模型,通过模拟不同入口流速、管径大小的液膜厚度来研究冷态情况下管外液膜厚度的影响因素及其沿环向角的分布规律。模拟结果表明:对于固定管径,液膜厚度随着入口速度的增大而增大;在入口速度一定时,管外液膜厚度在管顶区域较大,在周向105°附近达到最小值;且液膜厚度随着管径的增大而缓慢减小,当入口速度减小到一定程度时,管壁会出现"干涸"现象。     

格子Boltzmann方法的竖壁汽液降膜数值研究

对原有的格子Boltzmann伪势模型进行了改进,提出表面张力可调的伪势模型,并基于改进后的伪势两相模型在二维条件下模拟了雷诺数为5、10和20时竖壁降膜的流动,进一步研究了液膜在入口处存在正弦扰动时的流动特性,分析了入口扰动和表面张力作用对液膜稳态波动的影响,总结了液膜稳态波动的规律.结果表明:数值计算得到的流形拓扑及波动特征与实验结论能较好地吻合,表明伪势模型能够较为真实地反映降膜流动的物理过程.