矩形微槽道内磁纳米流体传热的流阻特性研究

以去离子水和质量分数为0.5%的Fe3O4-水磁性纳米流体为工质,对其在高为2mm、宽为0.6mm的铝制矩形微槽中的两相传热的流动阻力特性进行了实验研究。实验结果表明,去离子水和磁流体作为换热工质时,两相流压降都会随着热流密度的增大而增加;相同质量流速下,磁流体的两相流压降比去离子水的两相流压降大;对于磁流体工质,当质量流速和热流密度一定时,施加磁场作用后两相压降增加,且随着磁场强度的增加,两相压降也有所增加。     

分流栅强化管传热与流体流动数值模拟

对于传热管内湍流,特别是带有管内插入物的湍流,其管内流体的流动细观信息和强化传热机理还不十分清楚。为此,提出一种分流栅新型管内插入物强化传热管。采用数值模拟方法研究了不同分流栅设置间距时管内流体的传热及阻力降性能,并与光管进行了对比。结果表明,内插入物促进核心流体与边界层流体的混合,减薄层流底层,强化了对流传热,并增大了换热面积;同时,由于内插入物的影响,管内流体的阻力降显著增加。在研究范围内,插入物分流栅设置间距为50mm时强化管综合性能最佳。     

一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算新方法

针对匀速进气横掠管束的流动,采用Fluent软件和标准k-ε模型,建立二维网格进行了数值模拟。以绕流管束的沿程压降为流道流动压降的当量压降,分析了不同管束尺寸和不同流速下流动压降的变化规律,得到了绕流雷诺数及其特征尺寸随管束结构参数和流速的变化关系,据此提出了一种绕流管束雷诺数和特征尺寸计算的新方法。数值模拟结果表明,在绕流管束雷诺数及其特征尺寸计算中同时考虑管外径、管间距、排间距和管间流速的影响时,得到的绕流管束雷诺数及其特征尺寸能更真实地反映绕流管束结构尺寸和流速对流道或流场特征尺寸de的影响。     

油管内偏心抽油杆下冲程阻尼系数研究

基于ANSYS软件的流固耦合分析方法,选取局部抽油杆、油管和采出液为研究对象,将采出液处理为牛顿流体,计算了不同偏心抽油杆在采出液作层流和湍流流动时的阻尼系数.计算结果表明,在抽油杆与油管同心、采出液作层流时,求得的阻尼系数与理论解的相对误差为0.60%,证明所建模型和求解方法的合理性;随着抽油杆偏心度的增加,油管内采出液压降和抽油杆阻尼系数均呈下降趋势,作用在抽油杆上的阻力也沿圆周方向不均匀分布,在环空宽间隙的速度梯度和阻力比窄间隙的大;当采出液作层流流动时,阻尼系数由同心时的0.127 4下降到偏心度50%时的0.119 5,而作湍流流动时,阻尼系数由同心时的0.316 9下降到偏心度50%时的0.261 3,为抽油杆下冲程阻力分析计算提供了理论依据.     

采用烧结Ni微纤多孔结构材料的微型换热器及其性能

采用烧结Ni微纤多孔结构材料(简称Ni微纤)制备了微型换热器,对其传热和流动性能进行了研究,考察了微型换热器结构对传热系数及流动阻力的影响。实验结果表明,填充Ni微纤能显著强化微型换热器的传热性能,比相同条件下空流道微型换热器的体积传热系数提高了2倍多;降低Ni微纤的孔隙率和减小流道深度可显著提高微型换热器的传热性能,但导致换热器的压降增加;采用导热系数高和厚度小的紫铜换热片有利于提高微型换热器的传热性能。Ni微纤孔隙率为95.1%、流道深度为0.3mm、换热紫铜片厚度为0.1mm、水的体积流量为14.6L/h时,微型换热器的体积传热系数高达40.0MW/(m3.K),面积传热系数可达20kW/(m2.K),压降约为0.2MPa。     

微细通道EHD两相流传热研究

以去离子水为工质,分别对1 mm×2 mm、2 mm×2 mm和3 mm×3 mm 3种矩形槽道进行了EHD两相流传热试验研究。结果表明,两相流饱和沸腾时,传热系数随着热流密度的增大而增大。在相同的热流密度下,槽道尺寸越小,槽道的饱和沸腾传热系数越大。在外加直流电压低于16 kV时,传热系数随外加电压的增加而明显增加;在16~20 kV之间,传热系数随电压的增加变得平缓;当电场电压高于20 kV后,传热系数随着电场强度的增加反而降低。这说明在EHD两相流强化传热中存在最佳强化电压。     

分支井汇合流动压降计算

随着节约型开发方式的发展以及海洋油气的开发,分支井开发油气资源技术越来越受到人们的重视。分支井开采的一个显著特点是存在分支与主支的汇合,在汇合点处存在汇合流动的局部阻力损失,即汇合流动压降。为此,需要建立汇合流动压降物理及数学流动模型,分析汇合流动局部损失的大小,从而为分支井油气产能分析提供基础。文中采用类比方法建立了三分支井的物理模型;通过流体力学分析,建立了三分支井的等径三通的汇合流动模型和等径斜支管的汇合流动模型;汇合流动压降计算表明,当总的流量小于1000m^3／d,各支管内直径不小于76mm时,无论是等径三通还是等径斜支管,其局部阻力损失都很小,最多为0．01MPa左右,是1000m井深油井重力压力损失的0．13％左右;而在生产压差为6MPa水平段井筒内,局部阻力损失0．01MPa,只有6MPa的0．17％左右。考虑现场的工程实际,可以忽略由于分支汇合流动而造成的局部阻力损失。而且三分支井的分支点处采用普通分叉管时,汇合点处最好采用等径三通连接。     

幂律液体偏心环空螺旋流层流压降计算

本文依据柱坐标系下流体质点运动方程,推得了在倾斜的同心环空中幂律液体螺旋流层流流场的视粘度函数、速度函数及流动压降的解析式。并引入当量间距的概念,给出了偏心环空中幂律液体螺旋流层流压降的计算公式。最后讨论了偏心环空螺旋流流场中宽、窄间隙处的流速特征。     

基于PHOENICS的长输管道沟槽减阻数值模拟

通过对湍流微分方程采用有限容积积分法进行离散化处理,对离散后的代数方程采用SIMPLEST算法实施计算求解,利用PHOENICS软件数值模拟了V形沟槽尖峰对湍流边界层特性的影响。模拟结果认为,沟槽的尺寸大小可能不是影响沟槽表面阻力的主要因素,而真正影响沟槽表面阻力的因素是无量纲化之后的槽间距s+,在相同的流动条件下,沟槽处的速度减小,壁面剪切力也随之减小。     

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.     

管内液体压力降和传热系数关系式的推导与应用

用公式推导的方法，揭示了管内液体在①层流；②光滑管内的湍流；③粗糙管内的湍流；④过渡区域的湍流四种状态下，其压力降与传热系数之间的关系式。为加深对这些关系式的理解，还配有应用实例。     

杆式支撑换热器传热与流阻性能的实验研究

为研究杆式支撑换热器的传热和流阻性能,设计制造了壳程为空气、管程为水蒸气且可变结构参数的流体流动和传热性能热模实验装置。分别在单排、双排管间布杆,不同折流栅间距,以及层流状态(Re≤2300)、湍流状态(Re>2300)下测量了多组实验数据。应用多元线性回归分析将实验数据做回归处理,得出不同状态下传热准数和流动阻力准数关系式,为换热器的工程设计提供了理论依据。     

模拟深水井筒中流速对传热影响的实验研究

为研究深水低温环境下油气开发过程中井筒内的传热规律,提高深水低温环境井筒内温度的计算精度,以深水油气流动模拟实验系统中的低温冷却传热实验装置为平台,进行了模拟深水低温环境下的冷却传热实验和气液两相流传热实验。根据对流传热准则方程,数据回归得到深水低温情况下的模拟井筒内对流传热关系式。实验结果表明,在模拟深水低温环境下,流体管内对流传热系数主要受流速的影响,且层流时流速对传热的影响更明显;气液两相流时,不同流型管内对流传热系数不同的根本原因是各流型流动结构不同,液体流速是影响传热的主要因素。     

波纹管内流动与传热三维数值模拟

应用三维变物性层流模型及低雷诺数湍流模型分别对波纹管及光管管内流动与传热性能进行了模拟研究,并通过实验结果进行了验证。数值模拟表明,所研究的波纹管内层流向湍流过渡的雷诺数范围为600～800,波纹管的波纹起伏使得管内的流动变得复杂,产生了有利于传热强化的二次涡流。在低雷诺数下波纹管的综合传热性能不及光管,而在高雷诺数下。波纹管综合传热性能逐渐得到改善。通过数值计算获得了波纹管最优波纹高度参数为ε=1.16。     

内螺纹管中煤油单相紊流强化传热研究

对煤油在内螺纹管中的单相紊流传热和摩擦阻力特性进行了实验研究,并将实验结果同煤油在光管中的实验结果作了比较。对内螺纹管的强化传热效果进行了评价,分析了内螺纹管强化传热的机理。提出了煤油在内螺纹管中的单相紊流传热关联式和摩擦阻力系数的关联式。     

乙烯裂解炉内传递和反应过程综合数值模拟Ⅱ.反应管内传递和反应过程的数值模拟

采用乙烯裂解炉传递反应过程综合数学模型中的反应管数学模型，对工业裂解炉反应管进行了系统的数值模拟，得到了反应管内流场、温度场和浓度场的详细信息，揭示了反应管内流动、传热、传质和裂解反应的基本特点。模拟结果表明，沿反应管轴向油气吸热升温，裂解反应加剧，产物产率逐渐发生变化；沿反应管径向存在明显的流体流速和温度的变化，而产物产率的变化不如流体流速和温度的变化明显。通过比较湍流粘度和分子粘度的大小，认为29．975～30mm的径向区域为层流层，层流层的存在使得临近管壁的区域内流体流速和温度变化显著。     

内管旋转的垂直同心环形管内单相流动特性的试验研究

分别以空气、油、水为工作介质对内管旋转的垂直同心环形管内的单相流动特性进行了系统的试验研究。首先在100 Re 70000的范围内对内管不转的环形管内的摩擦阻力进行了试验测定,并与几种摩阻关系式进行了比较,得出同心环形管内紊流摩擦系数比圆管摩擦系数约高6%~10%,Sadatomi的关系式可用于4000 Re 70000的范围内的紊流计算。采用测量轴向摩擦压降的方法,对内管旋转的环形管内的流动离心不稳定性以及摩阻进行了试验研究,得出了直径比小于0.8时,层流向层流+Taylor涡旋的转换边界及紊流+Taylor涡旋向紊流的过渡边界,并针对不同流型给出了适用于较大环形间隙环形管的摩阻关系式。     

水平井筒压降计算方法

阐述了单相流(层流和紊流)、气、液两相流及油、气、水三相流时水平开水手段压降的几种计算方法。用一个实例计算了水平段单相紊流时的压降,结果可知,在长的水平井中,水平段出现紊流时不能忽略压降。当水平段出现多相流时会有显著压降。     

基于CFD的井下油水两相文丘里流量计优选

为解决因流量、油水比变化及两相流态的复杂性所带来的井下文丘里管油水两相测量精度和设计选型等问题,根据多相流理论及计算方法,在不同入口流量、不同油水比条件下,模拟计算3种不同文丘里流量计的油水两相流场并进行方案优选。计算结果表明,介质接近油相或水相时,两相流态分别接近层流或湍流。流体经文丘里喉部后,油水两相分层特征显著。根据多相流计量精度的需要,通过CFD计算对比,优选出小流量下压降随液体粘度有显著变化的文丘里管设计方案。     

气体缩放管传热优化及其肋高确定

对光滑圆管与粗糙管内的湍流流动及传热边界层进行了分析,通过实验比较了三种不同肋高（1.1,1.25,1.6mm）的气体缩放管的热阻力性能以及传热综合因子随雷诺数（Re）的变化关系.结果表明,在气体换热的场合下,在直径为44mm的缩放管中,肋高为1.25mm时,粗糙高度与流动过渡区的厚度相当,可获得缩放管的最佳综合传热性能,其传热性能与肋高为1.6mm的缩放管相当,而阻力与肋高为1.1mm的缩放管相比升幅不大;肋高为1.1mm的缩放管未能对边界层造成充分扰动,强化传热性能不佳;肋高为1.6mm的缩放管对湍流主区产生了扰动,阻力升幅过大.