椭圆管外液膜流动的数值模拟及传热实验研究Ⅰ：数值模拟研究

针对水平椭圆管降膜蒸发海水淡化的技术特点,在流体力学和传热学理论分析基础上,运用自定义函数（UDF）对FLUENT软件进行二次开发,采用分布参数法建立数学模型,对椭圆管外液膜流动进行了三维数值模拟研究,并与圆管进行对比分析,得出椭圆管截面形状因子对液膜分布和流动形态的影响规律。模拟结果表明,E=1.5的椭圆管具有液膜薄,均匀性好的特点,管表面更易形成柱状流,当入口流速为0.8 m/s时,此椭圆管外液膜分布状态最好。     

扭曲椭圆管内降膜蒸发特性研究

高效换热管有利于提高降膜蒸发器的传热性能,通过FLUENT软件对扭曲椭圆管内降膜蒸发过程进行研究,分析了液膜在扭曲椭圆管内的流动以及分布情况。研究结果表明:液膜在扭曲椭圆管内为螺旋流动,因离心力的作用会在垂直于主流方向产生二次流,从而增强对传热边界层的扰动;从壁面到液膜表面,液膜速度及压力都在逐渐增大,速度的变化率在逐渐地减小;相比于圆管,扭曲椭圆管内的液膜流动更为平稳,且液膜厚度的分布因扭矩的存在而具有一定的周期性变化规律;在扭曲椭圆管内,流体速度场与温度场的协同性相对来说比圆管的好,而速度场与压力场的协同性比圆管的差。     

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响。结果表明：沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部“干涸”和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移。     

椭圆管外液膜流动的数值模拟及传热实验研究Ⅱ:实验研究

在椭圆管外液膜流动数值模拟的基础上,对椭圆管外的液膜厚度和传热性能进行了实验研究.研究结果表明:椭圆管外液膜厚度的模拟计算与实验结果基本吻合,误差约8％,可见数值模拟方法正确;长短轴比为1.5的椭圆传热管的传热系数比圆管提高20％ ～ 22％,可见椭圆管型强化传热明显.     

水平蛋形管降膜蒸发器管外液膜铺展数值模拟

水平异形管与圆管相比,具有管外液膜成膜排数多、液膜流动稳定和传热性能好等优点.对柱状流下水平管降膜蒸发器管外液膜流动进行三维数值模拟,分析椭圆率、喷淋高度和横截面尺寸对蛋形管管外液膜铺展的影响.结果表明:蛋形管管外液膜铺展分为喷淋区、平稳区、叠加区与脱落区.液膜厚度随轴向位移Z增大而增大;当Z=0-6 mm时,液膜厚度...     

竖管渗流降膜蒸发式冷凝器传热特性分析

为研究竖管渗流降膜蒸发式冷凝器,通过仿真和实验相结合的手段,探究了冷凝器单管在不同管外温度、空气雷诺数与液体雷诺数等多工况下的传热特性。结合此前研究中存在的问题,合理选择了物理模型与边界条件,获得了降膜过程的轴向温度、热通量分布等并对径向位置进行了时间序列分析。结果表明逆向通风传热效果优于顺向通风,但易加剧管段下部液膜不稳定甚至出现干壁。通过时间序列分析发现干壁区域会被液膜快速覆盖,因此短暂干壁对整体传热影响并不十分明显,仍需注意逆向通风强度过高会对管子下部液膜的稳定性造成显著影响,本文工况下推荐单管空气雷诺数不宜超过3500。此外,测试结果显示本文单管传热量约为2200W,与模拟结果相差6.7%,单管综合传热系数为1400W/(m²·K)左右。     

蒸发式冷凝器管外水膜流动实验研究

研究蒸发式冷凝器传热传质性能时,涉及到管外喷淋水在管表面的分布形式和喷淋水与空气间的对流传热传质等问题。文内建立了蒸发式冷凝器管外水膜流动的可视化测试实验平台,采用高速摄像仪分析了喷嘴对管外水膜分布的影响,同时测试了时间、风量、水量、高度等参数对水膜温度分布的影响。结果表明,喷嘴B能获得更好的水膜分布效果,蒸发式冷凝器有一个最佳喷淋水量,其换热过程主要是由循环冷却水的显热换热和蒸发换热交替占主导作用构成的,在稳定操作条件下运行一段时间后水盘中的水温能保持较好的恒定。     

溴化锂制冷蒸发器中钛椭圆管外降膜流动及传热特性

为了提高溴化锂中央空调系统中制冷蒸发器的耐腐蚀性,采用钛管代替铜管,并提出椭圆管代替圆管方式提高钛管外制冷剂蒸发效率,数值模拟研究椭圆系数E对椭圆钛管外制冷剂流动过程、液膜厚度分布及传热系数影响规律.结果 表明:在椭圆系数E=l.0～1.7范围内,随着E增大,管外液膜平均厚度减薄、液膜速度增大、干壁面积减少、传热边界层...     

蒸发式冷凝器在空气流动下优化设计数值模拟

利用FLUENT软件对3种常用的管形蒸发式冷凝器在空气流动状态下进行了优化设计的数值模拟,比较分析了在不同入口风速下的压降变化规律;对来流速度大小与来流角进行了优化设计,得到最适宜的来流速度在2.4—3.3 m/s,入口来流角θ范围为-15°—15°;在不同空气流量下管排的纵向间距与横向间距之比(S/L)模拟结果表明,在一定空气流量下,不同管形管排的S/L存在着一个最佳值,使得单位压降下换热盘管的平均表面传热系数最大,而且随着流量的增加,最佳的比值呈减小趋势。为蒸发式冷凝器的优化设计提供了重要依据。     

扭曲椭圆管换热器的数值模拟及场协同分析

为了分析换热管几何参数对扭曲椭圆管换热器管程和壳程的传热与压降性能以及场协同关系的影响,今运用Fluent 6.3.26对不同几何参数的扭曲椭圆管换热器的管内和管外对流传热进行了数值模拟,并编写UDF程序计算温度场与速度场的夹角,即场协同角。结果表明:Realizable k-ε模型相对更好地模拟出扭曲椭圆管换热器管内和管外的流场和温度场,努赛尔数Nu以及摩擦系数f与实验结果的差别都在5%以内。在扭曲椭圆管换热器的管程和壳程,Nu和f都随着扭曲椭圆管长短轴比的增大而增大,随着扭矩的减小而增大。基于场协同理论分析,协同角随Re的变化不大,但不同几何参数的扭曲椭圆管管内和管外的协同角都存在差异,二次流的出现优化了速度场以及温度场分布,减小了速度场以及温度梯度场之间的夹角,实现强化传热。     

椭圆管束对流换热性能的数值模拟研究

运用计算流体力学(CFD)FLUENT软件,对水横掠叉排椭圆管束时管外流动和换热性能进行了二维数值模拟。结果表明,增加纵向或横向管间距,管束尾部的漩涡数量和大小都会有所增加,换热性能降低;纵向或横向管间距的减小,都会对尾部漩涡产生抑制作用,使换热性能提高。来流速度的增加会使管束换热效果增强。综合考虑管束换热性能以及阻力因素,纵向管间距与管束特征尺度的比值为3.0~3.5、横向管间距与管束特征尺度的比值为1.75,来流速度为4m/s时,可以实现低压损的情况下换热效果的显著提升。     

多台蒸发式冷凝器管道配置解析

针对蒸发式冷凝器在装置中的重要性,结合其管道配置的特殊性,经过现场调查分析,总结实际生产过程中的经验,阐述了蒸发式冷凝器的配管特点,提出多台冷凝器的管道配置方案,热虹吸以及过冷配管系统,解决了管道配置方案制定困难,施工难度大等问题。     

CFD Simulation of Liquid Film Flow on Inclined Plates

A two‐phase flow CFD model using the volume of fluid (VOF) method is presented for predicting the hydrodynamics of falling film flow on inclined plates, corresponding to the surface texture of structured packing. Using the proposed CFD model the influence of the solid surface microstructure, liquid properties and gas flow rate on the flow behavior was investigated. From the simulated results it was shown that under the condition of no gas flow the liquid flow patterns are dependent on the microstructure of the plates, and proper microstructuring of the solid surface will improve the formation of a continuous liquid film. It was also found that liquid properties, especially surface tension, play an important role in determining the thin‐film pattern. However, there are very different liquid film patterns under the action of gas flow. Thinner liquid films break easily, but thicker liquid films can remain continuous even at higher gas flow rates, which demonstrates that all factors affecting the liquid film thickness will affect the liquid film patterns under conditions of counter‐current two‐phase flow.     

圆弧形组合开缝翅片三维数值模拟

用数值模拟的方法对翅片管换热器中一种新型圆弧形组合翅片的传热特性进行了数值模拟,结果表明:在翅片后半部开缝与在翅片前半部开缝相比,换热性能增加7%左右,但阻力降不明显。     

竖直管降膜蒸发器流动与传热过程的数值模拟

针对竖直管降膜蒸发器的技术特点,在计算流体力学和传热学理论分析基础上,采用FLUENT软件,运用自定义函数(UDF)编写传质源项,对降膜蒸发器的加热管内液体沿壁面呈膜状下降流动并受热汽化过程进行了三维数值模拟研究,模拟采用Mixture两相流层流模型,Simple算法。模拟结果以3D形式表现了液体沿运动方向在管壁发展成膜的过程,并将模拟得到的液膜厚度与理论计算得到的液膜厚度进行了比较。模拟结果表明,竖直降膜蒸发器加热管具有液膜薄,均匀性好的特点,管表面容易形成柱状流,液膜厚度为1.0 mm。     

微孔薄膜挤出成型数值模拟

利用Unigraphics NX(简称UG)软件设计了8孔微孔薄膜挤出模,并对挤出模成型段及挤出物部分进行了CAE模拟,利用参数渐变法研究了不同拉伸应力下挤出物外形及横截面形状尺寸的变化。结果表明,随着拉伸应力的增大,挤出物横截面尺寸越来越小;气孔由圆形变为菱形、椭圆形;挤出物表面具有明显的波纹特征。     

椭圆形换热管安放形式对换热效率的影响

对椭圆形换热管横置和竖置两种安放形式的换热器进行了数值模拟,分别研究了不同进口速度时,换热器壳程的出口压差、管壳程出口温度和壳程单位压降下的换热系数。对计算结果进行分析。结果表明:在该计算工况下,换热管竖置时其单位压降下的传热系数要高于换热管横置时单位压降下的传热系数。     

输油弯管泄漏数值模拟

我国现有输油管道经过多年冲刷及内外腐蚀后,存在一定的安全隐患,对管道的安全运行构成了严重危害.利用CFD仿真软件,依据有限容积法,采用多相流VOF模型对不同输送条件及泄漏孔径对泄漏后管内压强分布进行了模拟.研究表明:当泄漏孔径相同时,随着输送速度的增加,管内压强整体增大,泄漏口下游存在增大的高压区;当输送速度相同时,泄...     

文丘里流量计流体流动的数值模拟

利用Ansys Fluent软件对文丘里管中流体流动状况进行了数值模拟,主要讨论了不同流量下文丘里管收缩锥度和喉段缩径比对文丘里管压降和流场的影响:当收缩锥度为定值时,进出口的压差将随着缩径比的增大而减小;当缩径比一定时,进出口压差随着收缩锥度的增大而增大。数值模拟结果与实验值吻合度较高,基本偏差控制在0.2以下。模拟分析结果对于一定的管路系统设计和选择合适结构参数的流量计具有一定的指导意义。