低流量下等高差自然循环系统倒流现象实验研究

自然循环系统由于具有固有安全性而被广泛应用于核电站中。等高差自然循环系统是一种特殊的系统,其加热段与水箱之间是通过上下水平段连接。在低流量条件下,这类自然循环系统会发生水箱冷水倒流至上水平段的现象,目前对该现象的研究并不常见。对等高度差自然循环系统的上水平段倒流特性进行了可视化实验研究。实验结果表明,上水平段倒流长度随流量的增加而减小,随着加热段出口流体与倒流流体温差的增大而增加。研究发现,上水平段倒流现象主要受加热段出口流体惯性力和与倒流流体形成的浮升力共同影响,并且倒流现象的发生可以通过Richardson数来判定。     

上置加热管筛板蒸发器流体力学及蒸发性能

对筛板上方液层内置有水平加热管束的载气蒸发器的流体力学和蒸发性能进行了实验研究,并对实验结果进行了分析。结果表明,在气速一定时,筛板单板阻力随着液体流量的增大而提高;在液体流量一定,气速较大时筛板单板阻力不随气速而变化;随着液体温度的提高,筛板单板阻力明显减小;在相同条件下,上置管束的筛板单板阻力比普通筛板单板阻力明显增大。对于常温下的空气水体系,在相同条件下,加热管束通入加热蒸汽可使出口空气的湿含量提高8. 7%—12. 6%。随着加热管束通入蒸汽流量的增加,出口空气的湿含量进一步提高。     

陶瓷窑炉余热回收用热管换热器的传热特性

编制了陶瓷窑炉烟气余热回收的气-气热管换热器设计计算程序。研究了在不同的烟气流量下,热管换热器加热段和冷却段的压力损失、冷却段冷空气的出口温度、所需热管总根数、总传热系数和设备投资回收期的变化情况。计算结果表明随着烟气流量的增加,热管换热器所需的热管总根数在增加,冷空气出口温度呈线性增加趋势;烟气流动段压力损失随烟气流量增大而增大,空气流动段的压力损失受烟气流量变化影响不明显。     

环形喷管水下气体射流夹断过程

对水下竖直环形喷管出口气体射流现象进行了研究,采用高速摄影仪记录了水下气体射流发展过程,并通过MATLAB编程处理图片的方式,对夹断的判定、夹断的位置和频率做了探讨,对环形喷管射流的特性进行了分析。结果表明：环形喷管水下气体射流呈现出持续射流和集中夹断两种阶段;在本文工况下,水下气体射流离喷口越近,夹断次数越多,离喷口越远,夹断次数越少;对于本文所有喷管,其动量射流段发生夹断的频率都随气体流量增加而减小;水下气体射流的回击现象并不是气体反向倒流撞击喷管端面形成的,而是夹断发生后,后续喷入的气体在轴向受阻,进而横向扩张的结果;对于环缝大小一定的喷管,气体流量越大,射流穿透深度越大。     

环形喷管水下气体射流夹断过程

对水下竖直环形喷管出口气体射流现象进行了研究,采用高速摄影仪记录了水下气体射流发展过程,并通过MATLAB编程处理图片的方式,对夹断的判定、夹断的位置和频率做了探讨,对环形喷管射流的特性进行了分析。结果表明:环形喷管水下气体射流呈现出持续射流和集中夹断两种阶段;在本文工况下,水下气体射流离喷口越近,夹断次数越多,离喷口越远,夹断次数越少;对于本文所有喷管,其动量射流段发生夹断的频率都随气体流量增加而减小;水下气体射流的回击现象并不是气体反向倒流撞击喷管端面形成的,而是夹断发生后,后续喷入的气体在轴向受阻,进而横向扩张的结果;对于环缝大小一定的喷管,气体流量越大,射流穿透深度越大。     

不同流动方向上微型加热管内超临界CO2的换热特性

针对不同流动方向上超临界CO₂流体在微型加热管(管径为0.75 mm)内的对流换热特性进行实验研究。实验结果表明,当系统压力、质量流量、加热功率以及进口温度保持恒定时,局部对流传热系数在水平流动方向和垂直向上流动方向上的变化趋势相同,并且水平流动方向上的局部对流传热系数始终大于垂直向上流动方向上的局部对流传热系数。但在垂直向下流动方向上,局部对流传热系数随无量纲温度的升高而显著增大,并在无量纲温度最大时呈现出最佳的换热效果。不同流动方向上,局部对流传热系数均随质量流量增大而显著增大,但随着加热功率、进口温度的升高而显著减小。然而,在水平流动方向和垂直向上流动方向上,当流体温度低于其假临界温度时,局部对流传热系数随系统压力的升高而显著减小。当流体温度高于其假临界温度时,局部对流传热系数则随系统压力的升高而逐渐增大。     

两亲性纳米流体太阳能重力热管传热性能研究

针对石墨烯/水纳米流体的分散不稳定问题，采用化学方法制备了不含表面活性剂的改性石墨烯/水两亲性纳米流体，研究了以改性石墨烯/水两亲性纳米流体为工质的太阳重力热管在不同加热功率、安装角度和浓度下的热性能。结果表明，与去离子水相比，两亲性纳米流体可以降低热管的启动温度。在实验加热功率范围内，当加热功率相对较小时，两亲性纳米流体热管的热阻明显低于去离子水；随着加热功率的增加，热阻差异可以忽略。当安装角度相对较小时，其对蒸发段传热能力影响较大。当加热功率为20 W，纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时，蒸发段传热系数下降了54.7%；当加热功率为40 W，纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时，蒸发段传热系数下降了48.9%。     

降膜微反应器中液体的分布特性

采用水平分布通道对降膜微反应器内的流体进行液体的分布,通过驱泡设计以保证分布通道内始终充满流体。实验研究了水平分布通道横截面积、进口方式及微通道数对流体分布的影响规律。结果表明,流体分布均匀度随分布通道横截面积增加而有所改善,随流量和降膜微通道数的增加而劣化;采用垂直进口方式时,流体分布均匀度有所提高。在实验范围内,流体分布的相对标准偏差小于10%,反映了所设计的分布通道可实现降膜微反应器内流体的均匀分布。     

镓铟锡合金—航空煤油U型套管换热器的传热特性研究

以液态镓铟锡合金作为冷却剂的换热方案有可能成为解决发动机燃烧室壁面温度过高的优良方案。液态镓铟锡合金在吸收燃烧室壁面的热量后需通过换热器将热量传递给飞机上的燃油，燃油在换热过程中伴随着裂解反应。对镓铟锡合金-航空煤油U型套管换热器内航空煤油的裂解与换热特性过程进行研究。研究结果表明：与不考虑裂解反应相比，考虑裂解反应的换热过程的热侧流体出口温度降低了14.39K，冷侧流体出口温度降低了5.85K，传热量增加了28.9W。其出口温度降低，同时传热量增加是由于裂解反应提供的额外的化学热沉。RP-3入口温度、RP-3入口流量、镓铟锡合金入口温度、镓铟锡合金入口流量对两侧流体的出口温度和传热量均有显著的影响。RP-3流量增加的情况下裂解反应对传热起增强作用；镓铟锡合金流量增加时，裂解反应对传热起恶化作用。裂解反应引起的传热强化与恶化相伴相随。与此同时发现换热器内高流速流体区域沿着流动方向逐渐向管外侧偏移，管内温度分层现象显著，流场分布的不均性明显。     

悬浮微粒在被加热多孔介质内的沉积与运移特性

通过建立沿管壁恒热流加热的渗流实验系统,实验研究了悬浮颗粒在饱和多孔介质内以及入口界面处的沉积和运移特性。着重研究了有无加热条件,以及不同加热温差,相同多孔介质和进口悬浮液浓度情况下,实验段入口界面处与内部的颗粒沉积量变化,以及沿程不同位置处的压力变化。并对实验过程中的渗流稳定性及各测点温度和多孔介质段渗透系数进行了分析。结果表明:相对渗透率k_t/k₀在不同温差下有明显不同;多孔介质与进口流体界面处的沉积量随温差的增大而增加,沉积结构的稳定性降低;多孔介质段颗粒沉积强度随温差的增大而增大,实验结果可为今后的理论分析提供验证依据。     

轴流桨搅拌槽三维流场数值模拟

利用k -ε湍流模型预测了搅拌槽在不同操作条件下宏观速度场 ,模型成功预测了搅拌槽内速度分布 ,计算结果与实验结果吻合较好 .模型预测结果表明 ,搅拌槽内宏观流动场受搅拌桨槽径比影响较大 .对单层搅拌桨 -槽体系 ,挡板前后宏观流动场差别很大 ,在挡板以前区域 ,轴向流动较强 ,在整个r -z断面上形成一个整体循环 ;而在挡板后面区域 ,流体在桨叶安装位置高度附近转向轴心流动 ,槽体上半部区域形成二次循环区域 ,且二次循环区域内流体以向下流动为主 .     

Gas holdup in a two‐phase reversed flow jet loop reactor

Experimental investigations have been carried out in Reversed Flow Jet Loop Reactor (RFJLR) to study the influence of liquid flow rate, gas flow rate, immersion height of two‐fluid nozzle in reactor and nozzle diameter on gas holdup without circulation, that is, gas–liquid mixture in draft tube only (E_gd) and gas holdup with circulation loop (E_g). Also critical liquid flow rate required for transition from draft tube to circulation loop has been determined. Gas holdup was measured by isolation valve technique. Gas holdup in draft tube and circulation loop increased with increase in liquid flow rate and gas flow rate. It is observed that the increased flow rate is required for achieving a particular value of gas holdup with larger nozzle diameter. Nozzle at the top edge of draft tube have higher gas holdup as compared to other positions. It has been noted that, no significant recirculation of gas bubbles into the top of draft tube from annulus section has been observed till a particular liquid flow rate is reached. A plot of gas holdup with no circulation and with circulation mode determines minimum liquid flow rate required to achieve complete circulation loop. Critical liquid flow rate required to achieve complete circulation loop increases with increase in gas flow rate and is minimum at lowest immersion height of two‐fluid nozzle.     

几种框式桨搅拌槽内流动特性的比较研究

用粒子成像测速（PIV）技术对传统框式桨、传统框式组合桨和新型框式组合桨的流动特性进行研究,对比了三种框式桨在相同工况下搅拌槽内的速度、流型和湍动能。结果表明：传统框式桨搅拌槽内流体流动以水平环流为主,在框式桨上方和框式桨中间区域流体流动不充分;传统框式组合桨搅拌槽内框式桨上方由于二折叶桨的作用使得框式桨上部流体流速变大,槽内流体上下部的流动得到加强,但在框式桨中心区域依旧存在流动死区;新型框式组合桨搅拌槽内两层桨叶间的连接流得到了加强,框式桨底部和中间区域物质和能量的交换更加充分。在考察的三种框式桨中,新型框式组合桨的混合效果更好。研究结果可为新型框式组合桨应用于化工合成工业中提供参考。     

卧式双轴搅拌釜内流场分析及釜残回收研究

采用SolidWorks软件建立卧式双轴搅拌釜三维模型,应用FLUENT软件进行数值模拟。针对高黏度流体,分析了卧式双轴搅拌釜沿Y轴方向截面上的流场特性。计算结果表明:该卧式双轴搅拌釜中高黏度流体具有较好的流场分布,搅拌效果良好;在导热油为加热介质的实验装置上分别进行了高黏度二价酸酯混合物(MDBE)蒸馏釜残和甲苯二异氰酸酯(TDI)蒸馏釜残中产品的回收实验。实验结果证明将该釜作为蒸馏塔釜残的深度蒸馏再沸器,产品回收率高达99%以上,可以大幅度减少化工固体废物排放。     

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C ₁、桨间距C ₂以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明：当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明：二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

The mean flow field generated by a pitched blade turbine: Changes in the circulation pattern due to impeller geometry

The mean flow field in a tank stirred with a pitched blade turbine was measured using a two-component Laser Doppler Anemometer system (LDA). The effects of impeller clearances and impeller geometries (number of blades, blade angle and blade size) on the mean flow field have been studied. The primary pumping number, induced pumping number of the primary circulation loop and the induced pumping number of the secondary circulation loop, which often has been ignored, are reported. The flow patterns and circulation loops are more complex than those traditional ones, which vary with the geometries of the PTD and the clearances.     

聚合物溶解槽内双搅拌器流场特性的数值模拟

搅拌设备是目前海上油田实施聚合物驱油的配注系统的关键设备之一。利用计算流体力学方法对聚合物溶解过程采用翼型上推式搅拌器KCXU和锚式搅拌器MS的内外3种组合槽内流场进行了数值模拟,获得了搅拌器槽内的流场特性、循环流量及搅拌器的功率消耗。结果表明:在第1种混合状态时,KCXU搅拌器与转动的MS搅拌器组合时的流场变得更为复杂、无序。在第2,3种混合状态时,KCXU搅拌器与正转的MS搅拌器的组合形成的流场速度较大,加强了KCXU搅拌器的流动范围,并,且形成了最大的循环流量,其功率居中。     

进水流量对新型储热水箱分层特性影响的实验研究

储热水箱被广泛使用在太阳能集热系统以及家用电加热热水器中,是决定集热系统和热水器性能的关键因素之一,储热水箱分层效果越好,越能提高集热系统效率及热水器的热水出水量。本文设计了一种新型均流器,安装在圆柱形储热水箱底部,并搭建了一套储热水箱分层特性测试实验台。在初始水温50℃、进水温度20℃的工况下,分析对比了3组不同流量(0.69L/min、2.14L/min、6.17L/min)时储热水箱的分层特性,结果显示,大流量比小流量温度曲线的斜率更大,温度下降速度更快。同时,基于热力学定律,分别计算了3组流量水箱的取出效率、用能效率、出于能量品质的考虑而采用的(火用)效率,在流量为0.69L/min、2.14L/min、6.17L/min时的取出效率分别为91.8%、95.7%、94.3%,用能效率分别为96.6%、98.6%、97.5%、(火用)效率分别为78.5%、83.1%、77.0%。     

低Reynolds数下水平管降膜滴状流动的实验研究

为了充分了解水平管降膜滴状流动现象,以水为实验流体,采用高速高清摄像仪对不同管距下水平管降膜滴状流动进行了可视化的实验研究。实验观察了低Reynolds数Re≤200、管间距s≤40 mm 范围内的管间滴状流动过程。根据流动形态的特征,将滴状流动划分为堆积滴状流、不完全滴状流、吊坠滴状流、完全滴状流和不完全回缩滴状流。依据实验结果,绘制了滴状流动形态分区图。提出了分离长度的概念,并讨论了流量对分离长度的影响。研究了低Reynolds数下液滴流动的滴落点间距与流量的关系。结果表明,滴状流的管间流动形态不仅受流量的影响,同时也受管间距的影响。分离长度随着Re的增大呈两段式线性增大。液滴流动的滴落点间距在Re≤100范围内随Re增大而减小,在100<Re≤200范围内趋于平稳。此外,分别建立了分离长度和滴落点间距与Re的关系式。     

黄磷受磷槽两相流场数值模拟

以计算流体力学（CFD）技术为基础,对受磷槽内黄磷沉淀及液液两相流动进行数值模拟。模拟结果表明,受磷槽内水相流动状态十分复杂,且流动趋势不受进口流量的影响。黄磷累积量随进口量改变而改变,但黄磷流动速度变化较小。欧拉多相流及k-ε湍流模型能够较好地描述受磷槽内黄磷分布状态及流体流动状态,模拟结果具有较高的可靠性。