基于均匀设计的制冷小管径涡流管结构优化

为了更好地将小管径涡流管应用于油田伴生气的轻烃回收工艺中,采取均匀试验设计,选取涡流室直径、热端管长、冷端孔径3个对小管径涡流管制冷性能影响很大的结构变量因子,利用CFD软件对其在入口总压0.4 MPa,入口总温293 K,冷流比0.71下的制冷温差进行了结构优化计算,并对计算结果进行了回归分析,拟合并验证了经验公式,通过对经验公式寻优,得到了优化后的结构参数。对比优化结构与初始结构涡流管内速度场、温度与压力场分布发现涡流管结构优化后冷热分离性能更佳,同时计算对比了冷流比在0.71～0.79范围内优化结构与初始结构涡流管的制冷温差与单位制冷量,计算结果显示相同冷流比下结构优化后的涡流管制冷温差与单位制冷量更大。以上研究结果表明,采用均匀试验设计结合数值计算和回归分析可以对小管径涡流管的结构参数进行有效的优化调整,显著提高其制冷性能。     

涡流室结构参数对小管径涡流管制冷性能影响的三维数值模拟

为提高小管径涡流管的制冷效率,以产生高速涡流和发生工质分离的涡流室为对象,分析了涡流室内工质分区域流动和组合涡流动的特点,并利用standard k-ε湍流模型实现了涡流室内工质的流动过程仿真.通过分析涡流室内工质速度场、温度场和压力场的变化情况,阐明了涡流室内工质分区域流动和组合涡流动的原因,以及这一流动形式与涡流管制冷性能的关系.在此基础上,讨论了涡流室结构参数对制冷性能的影响.其结果表明,为获得较低制冷温度和较高制冷效率,涡流室直径应取1.5~2倍的热端管管径,涡流室高度为1/6.67~1/5.71倍的热端管管径,同时流道喉部截面宽度应使涡流室最小进气面积为热端管横截面面积0.233倍.     

喷嘴对锥形涡流管热分离影响研究

通过涡流管内部气体的流动分析,得到了喷嘴结构对涡流管热分离性能的影响关系,基于锥形涡流管进行了对比实验,实验验证了分析结果的正确性.实验结果表明:影响涡流管热分离性能的基本参数是喷嘴流道的总截面积,而非单个流道的截面积或流道个数.保持单个流道的截面积一定,当冷气流率较小时,流道个数越多对应制冷效应越大,而冷气流率较大时,结果相反.当冷气流率较小时,增加喷嘴流道的总截面积可获得更高的制冷效应,但制冷效率变化不大.分析表明:在本实验条件下当喷嘴流道总截面积与锥形涡流管截面积之比为0.153时,可同时获得较高的制冷效应和制冷效率.     

涡流管的流道特性及制冷能力实验

以常温定压下的压缩空气为介质,对不同流道数目和轨迹的涡流管喷嘴内的温度分布及能量分离特性进行了实验研究,得到涡流管内的温度分布及制冷能力曲线;实验结果表明:在常温和入口气流压力为0.7 MPa下,4流道喷嘴制冷效应最佳,6流道喷嘴的制冷效应最差,3流道、5流道喷嘴的制冷效应介于两者之间;3种型线中阿基米德螺线喷嘴的制冷效应最好。实验发现涡流管内0.7R处存在着一个冷热两股气流的分割面,界面以内是冷气流,界面以外是热气流。     

四流道喷嘴涡流管能量分离特性的实验研究

以压缩空气为介质,对两种四流道喷嘴涡流管内的温度分布及能量分离特性进行了实验研究,得到涡流管内的温度分布曲线;实验结果表明:随着冷气流分量的增加,冷气流的温度逐渐升高,制热效应增加,制冷效应和冷热分离效应降低,喷嘴形式对涡流管制冷效应影响很大,实验测得的温度分布趋势与理论一致.     

强化热端换热对涡流管性能影响

涡流管内部能量分离导致的外层高温流体与内层低温流体的热量交换,影响了制冷效果.为此,基于对流传热原理,设计了一种强制冷却的涡流管结构,在涡流管的热端外加冷却水腔,通入循环水对涡流管外壁进行冷却.通过实验和数值模拟的方式,研究不同结构参数和操作参数下,冷却热端外壁面对涡流管制冷性能的影响.结果表明:与传统涡流管相比,强制冷却能够削弱外层热气对回流冷气的影响,提高涡流管的制冷性能.阿基米德螺线型喷嘴较直线型喷嘴的提升更明显,最大单位制冷量达到12.53 kJ/kg.在压比为2、3和4的条件下,强制冷却涡流管的制冷性能均有提升.强制冷却涡流管的单位制冷量随热端管长径比的增加而升高,等熵效率最高可以达到34.1％.     

环状流条件下水平蒸发管周向壁温变化特性研究

对纯工质R22和非共沸混合工质R32/R134a(25％／75％)在水平光管和微翅管内的流动沸腾特性进行了实验研究，分析了两种工质在环状流条件下水平管的周向壁温变化特性，为动力工程蒸发换热设备以周向壁温变化来判断两相流流型提供了理论基础。     

进气温度及冷流率对涡流管制冷性能的影响

采用基于实际生产应用的涡流管模型，以空气为介质，模拟分析了不同进气温度和冷流率对涡流管制冷性能的影响，结果表明：冷流率一定时，涡流管的冷端出口温度、热端出口温度、制冷温度效应及单位制冷量均随进气温度的升高而增大，而制冷效率基本不受温度影响；在相同进气温度下，涡流管的制冷温度效应、单位制冷量及制冷效率都随冷流率的增大呈先增大后减小的趋势；存在一个最佳冷流率范围使得制冷温度效应、单位制冷量、制冷效率最大，但它们各自的最佳冷流率范围不同。     

避难硐室涡流管实验及数值模拟

基于有关文献规定避难硐室可以采用专用压风管路制冷的要求,分析了避难硐室涡流管的制冷原理,建立了涡流管模型。进行了仿真和分析,得出了涡流管不同压力下温度分布云图;并搭建了涡流管实验台,对涡流管的制冷性能进行了实验,得出了相关实验数据。最后对仿真结果和实验结果进行了对比,为进一步将涡流管用于避难硐室的制冷系统提供了依据。     

小管径强化管内R410A-油混合物流动沸腾阻力特性

实验研究了环保制冷工质R410A-润滑油混合物在5 mm小管径内螺纹强化管内流动沸腾的摩擦压降特性.实验结果表明,对于纯制冷剂R410A,摩擦压降随着干度的增大先增大后减小,峰值出现在干度为0.7~0.8左右;R410A-油混合物的摩擦压降随油平均质量分数、干度和质流密度的增大而增大,当油平均质量分数从0增长到5%时,在干度为0.9的高干度工况下,摩擦压降最大可增加120%.R410A-油混合物在5 mm强化管内流动沸腾的摩擦压降与7 mm强化管的相比约增大10%~30%;用已有的7 mm强化管的压降关联式预测5 mm强化管的压降时,误差为±40%.以R410A-油混合物在7和5 mm强化管内摩擦压降的实验值为基础,建立了基于混合物物性的R410A-油混合物在不同管径强化管内的摩擦压降关联式.该关联式的预测值与95%的实验值误差在±20%以内.     

旋涡管内的能量分离

改变旋涡管切向喷进速度以对旋涡管进行管内能量分离研究.结果表明旋涡管内能量分离效果主要取决于切向喷进速度.在亚声速区,分离效果与旋涡管喷嘴出进口压力比呈线性关系,且与喷嘴进口压力无关;最大能量分离效果发生在临界压力比附近,且受喷进压力影响,能量分离过程主要发生在旋涡管的前三分之一管段。还对最大能量分离效果进行了分析.     

台风螺旋结构的分析

通过研究不同发展阶段的台风水平涡管的分布,发现台风里螺旋云带的结构并非都呈现旋转上升的形状.在水平涡矢与垂直速度水平分布满足右手螺旋法则的情况下,当上下切向风差别很大时,水平涡矢与台风的径向风方向相平行,螺旋云带的结构与径向风方向相平行;当台风辐合增强时,水平涡矢与台风的切向风方向相平行,因此螺旋云带的结构也与切向风方向相平行.另一方面,除海表面以外,台风里低层的风速一般大于高层,所以水平涡矢的方向一般背向台风中心.由于台风存在强烈的上升运动,因此方向背向台风中心的水平涡管在垂直速度的抬升下,逐渐转变为气旋性的垂直涡管,使台风的涡度增强,这样能量逐渐由低层传递到高层.     

涡流纺流场的一种测试方法及其分析

介绍了用管式针头测量涡流纺涡流管内空气流场中某一点全压和静压的方法，并可根据所测全压和静压计算该点的动压和速度．对所测静压进行修正，建立了涡流管流场测量的修正公式     

Analysis of condenser shell side pressure drop based on the mechanical energy loss

The condenser performance is strongly affected by the tube arrangement.The steam pressure drop in the tube bundle influences the condenser back pressure,which is an important indicator of the condenser performance used to compare different condenser tube arrangements.The condenser shell side pressure drop is studied here using the mechanical energy loss of the steam flow in the condensers.The mechanical energy loss is due to the flow resistance of the tube bundle and the steam condensation.Three typical tube arrangements are analyzed numerically.The results show that a higher condenser shell side pressure drop for different tube arrangements always corresponds to a larger mechanical energy loss.The mechanical energy loss is mainly in the periphery of the tube bundle,indicating that the flow pattern and the mechanical energy losses are markedly determined by the tube bundle profile.The condenser shell side pressure drop can be reduced by reducing the total mechanical energy loss when the steam enters the tube bundle more uniformly.Thus,a well designed tube arrangement will reduce the mechanical energy loss,and also the shell side pressure drop.     

单方柱绕流的直接数值模拟研究

为了揭示柱体绕流的湍流流动机理,采用直接数值模拟方法对雷诺数为1200的单方柱绕流工况进行研究。首先通过与文献中斯特劳哈尔数、平均流速和表面压强系数等统计量进行对比,验证了数值方法的可靠性。其次采用本征正交分解方法系统地提取流场中的相干结构,结果表明：对于速度场的模态分解,第一阶模态代表平均速度场的特征,第二、三阶模态提取的是流场中的低频大尺度旋涡特征,第四、第五阶模态提取的是流场中的高频小尺度旋涡特征。最后基于联合概率密度函数分析速度梯度张量第二、第三不变量,发现方柱下游大致可分为两个流动阶段：发展阶段,流场以涡流层结构和耗散作用为主,涡流管结构逐渐生成;成熟阶段,流场中湍流结构伴随着高涡量拟能和高能量耗散率。     

螺旋桨初生空化湍流的多相流数值模拟

摘要：
同时采用修正剪切应力输运(SST)湍流模型和Baseline雷诺应力模型（RSM）求取了E779A螺旋桨在无空化状态和初生空化状态下的梢涡运动轨迹,分析了涡核最小压力系数、湍动能、轴向速度分量和涡核半径沿运动轨迹的变化,并从模拟得到的梢涡卷曲起始和梢涡涡束的角度阐述了梢涡形成机理.空化模型采用改进Sauer模型,考虑了非凝结性气核质量分数、体积分数和气泡初始半径以及湍流脉动的影响,并针对轻度、中度和重度空化面积进行了可信性校验.当空化数σ>初生空化数σi时,叶梢截面压力系数分布相对不再改变的判定准则来确定.涡核中心位于螺旋线垂向截面上最小压力点,涡核边界由湍流涡频率峰值决定.数值模拟结果表明,RSM模拟梢涡路径较修正SST湍流模型稍长、局部梢涡空化范围略大、叶梢最小压力系数和轴向速度分量要小,涡核湍动能分布更为合理.但两者模拟得到的涡核运动轨迹几乎重合,并且初生空化状态下的涡核运动轨迹、最小压力系数和轴向速度分布均与各自无空化状态下非常接近,表明了初生空化状态判定的正确性和改进数值模型对梢涡运动轨迹模拟的适用性.     

绝热流动的R4O7C毛细管计算模型

顺应开展制冷工质替代研究的趋势 ,对 R2 2的替代工质三元非共沸混合工质 R40 7C在毛细管中的绝热流动进行了分析计算 ,分别建立了能量、质量方程和压降计算公式 ,并分别就过冷区和两相区作了理论求解 .将 R40 7C与 R2 2的计算结果进行了对应比较分析 ,该计算模型将对R40 7C空调系统的优化分析和控制提供了有效的部件性能分析方法     

轴流导叶式旋风管内气固两相流的实验研究

为研究颗粒分离机理,提高分离性能,采用五孔球探针测试仪及等动采样法对轴流导叶式旋风管内气固两相流速度与压力分布进行了测量,并分别对不同导流锥和排尘结构参数下的纯气流流场及颗粒浓度场分布进行了对比分析。实验结果表明,旋风管内气流切向速度分布呈典型的准Rankin涡结构,固相颗粒分布在离心力作用下沿径向分为近壁的密相区与中心的稀相区。减小导流锥下口内径,采用带有排尘侧缝的单锥排尘结构有利于旋风管内颗粒的分离。