用数值积分方法计算埋地热油管道的轴向温降

研究了埋地热油管道中油品流态变化时所对应的临界温度的求解方法,提出用临界温度来判断埋地热油管道中流态和流型的变化情况。在考虑原油物性和总传热系数随温度变化以及摩擦生热的基础上建立了埋地热油管道正常运行时的轴向温降数学模型,并研究了数学模型的求解方法,提出了求解埋地热油管道正常运行时的轴向温降数学模型的步骤,由于模型中考虑了原油物性和总传热系数随温度的变化,因此,利用此方法的计算结果更接近于实际。     

季节性冻土区给水管道周围温度场与埋深的数值模拟及分析

本文针对季节性冻土地区地下直埋给水管道运行过程中出现的工程问题,在分析环境温度季节性周期变化等因素对管道传热影响的基础上建立给水管道传热数学模型,采用数值方法计算季节性温度变换影响下管道周围的温度场,并和该地区运用探针法所得数据作对比分析,结果表明:计算与实测温度值之间的平均绝对误差为0.49℃,最大绝对误差是1.10℃,所建模型正确,符合实际情况,精确度较高;利用上述模型计算不同埋深处管道周围温度场分布,并绘制温度等值线图,对等值线图的特征分析,结果表明:实例中给水管道埋深可以减小到1.5 m。本文研究方法可以为管道传热的研究和实际工程中管道埋深计算提供参考。     

高炉冷却壁热表面传热系数的研究

基于边界条件替代法建立了高炉冷却壁热表面与炉气间的传热系数计算模型.采用试验测量冷却壁温度场和温度场数值计算相结合的方法,确定了炉气温度为505～1 248 ℃时炉气与冷却壁壁体及炉气与捣打料间的传热系数.理论分析了在炉气温度较高时炉气与捣打料间传热系数大于炉气与冷却壁壁体间传热系数的原因,从而改变了以往在冷却壁传热模型计算中冷却壁热表面传热系数只用一个综合传热系数的观点,两种传热系数的区分使传热数值计算精度更高.     

竖直管道内强迫循环下非凝性气体对蒸汽冷凝的影响

非凝性气体对蒸汽冷凝具有重要影响作用,能够大大增加蒸汽冷凝过程的传热热阻,减小传热系数。为研究非凝性气体对竖直管道内蒸汽冷凝的影响,基于Nusselt理论建立了强迫循环条件下蒸汽冷凝的传热传质类比模型。将模型的计算结果与实验数据进行了对比,结果表明:模型能够准确地预测竖直管道内蒸汽冷凝传热系数。模型中非凝性气体为空气,空气的入口质量分数对蒸汽冷凝传热系数具有较大影响。当入口空气的质量分数从8.73%到22.45%变化时,入口处冷凝传热系数从4.8kW/(m~2·K)到1.2kW/(m~2·K)变化,且沿着管道轴向冷凝传热系数逐渐减小。当入口温度从100℃到140℃变化时,传热系数逐渐减小。该研究表明非凝性气体的种类、质量分数和入口温度为影响蒸汽冷凝传热的重要因素。     

蓄冷冰球中相变传热过程的数值分析

对蓄冷冰球中的相变传热进行分析,建立传热的数值方程.试验测量冰球中心的温度曲线,该曲线计算和试验结果的对比表明,文中的数值方法可以对冰球中的相变传热过程进行准确计算.计算结果亦反映出,直径100 mm冰球完全相变所需时间约为50 mm冰球的2.4倍.球壳和传热流体的对流传热系数较小时,增加对流传热系数对提高相变速率有显著影响.冰球相变所需时间和相变材料的初温呈线性关系,传热流体温度接近相变温度时,传热流体温度变化对相变时间有显著影响.计算结果可用于指导蓄冷冰球的传热参数设计.     

土壤-空气换热系统传热的数值模拟

采用土壤自然温度场与空气冷却效应的叠加方法,对土壤-空气换热系统的出口温度和传热性能进行了数值模拟,并通过计算探讨了埋管的深度、管长和管径对换热器进出口温度的影响．分析结果表明,换热器的出口温度随着埋管入口温度的周期性变化而呈周期性变化;随着埋管深度和管长的增加,换热器的出口温度降低,同时出口温度的变化幅度减小;随着管径的减小,埋管出口温度降低,出口温度波动减小,换热系统的降温供冷性能提高。     

原油管道总传热系数对沿程摩阻影响的分析

通常要计算加热输送的原油管道时需要计算管道的总传热系数。然而,要精确计算传热系数非常困难。某些管道所输原油的粘度受温度影响不明显时可以定量分析传热系数对沿程摩阻的影响。本文以国内某原油管道为例,该管道冬季输送原油时采用首站加剂热处理输送的方式输送原油,通过研究发现存在温降的前三个管段的各总传热系数对管道的沿程摩阻影响很小。可以认为在对该管道进行水力计算时可以不要求对总传热系数进行精确计算。     

回填空气间隙对水平埋管换热性能的影响

建立了未夯实土壤初始温度数值计算模型,利用CFD软件求解,得到未夯实土壤初始温度数值计算结果,并将未夯实土壤初始温度数值计算结果与夯实情况下的理论计算值和实验测试数据进行比较,在该实验工况下,未夯实回填导致埋深2.2m处的土壤初始温度比夯实回填状况增大1℃左右.以未夯实土壤和夯实土壤的初始温度作为边界条件,建立埋深为2.2m的水平埋管耦合数值计算模型,利用CFD软件求解,得到土壤在未夯实和夯实情况下水平埋管换热器进出口温度及平均传热系数随时间的变化值,并与实验运行测试结果进行对比,在该实验条件下,土壤未夯实会使水平埋管进出口温度升高,系统效率降低,平均传热系数从2.71 W/(m·℃)下降到2.22 W/(m·℃).     

温度比对叶片内冷通道对流传热影响的数值研究

为了提高涡轮叶片内冷通道流动传热计算精度,首先讨论了大温差下空气物性不同计算方法间的差异,并通过与管内常用传热经验关系式结果的对比,研究了不同定性温度取值方法和湍流模型对数值模拟结果的影响。在此基础上侧重研究了大温差对光滑圆形内冷通道内的流动传热的影响,温度比变化范围0.5～0.9,通道Re数范围20 000～60 000,得到了传热Nu数和温度修正因子随温度比与Re数的变化数据和拟合关系式。结果表明采用截面平均流体温度定义传热系数和采用Realizable k-ε湍流模型可使局部和平均传热系数与Gnielinski公式结果符合良好。大温差对通道传热的影响显著,Nu数最大降幅可达30%。计算显示温度修正因子随温度比的减小而减小,随Re数的增大而减小。     

液化天然气浸没燃烧式气化器数值模拟方法研究

为了考察在一定设计尺寸下液化天然气(LNG)浸没燃烧式气化系统的天然气出口温度能否达到生产要求,建立了对整个浸没燃烧式气化器(包含燃烧室、下气管和LNG换热器3部分)中一系列流动和传热的数值计算模型。在燃烧室中,采用灰气体加权和模型(WSGGM)计算烟气的吸收系数,利用DO模型求解辐射传递方程,并在考虑对流和辐射的混合传热作用下计算出火焰罩的壁面温度以及烟气、二次空气出口的平均温度;在LNG换热器中,对流体物性剧烈变化的管程进行分段处理并采用两相流体模型来模拟壳程中气液两相的流动和传热过程,在分别获得管壳两侧的平均传热系数后用以计算总的换热系数。所获得的管程和壳程对流换热系数和关联式与已有的文献值符合良好。壳程入口气体温度在500~700℃的范围内变动时,壳程出口气体温度与壳程水浴平均温度略微升高,同时壳程水浴湍动能降低,换热系数稍有减小。模拟获得的天然气出口温度可维持在15℃左右,能满足生产需要。     

反算管道传热系数影响因素的敏感性分析

采用系统单因素敏感性分析方法,结合苏霍夫温降公式和现场测试数据,对反算管道传热系数K的进出站温度、管道周围介质温度、含水率和输量,五个因素进行敏感性分析。研究表明:进出站温度对反算管道总传热系数的影响最敏感,其次为含水率和输量,管道周围介质温度最不敏感;因此应尽量减小现场采集进出站温度、含水率和输量的误差,以提高K反算的精度。     

土壤初始温度及地下水渗流对多供一回中心回水管换热器的影响

为研究地下水渗流对多供一回中心回水管换热器与周围岩土体换热情况的影响,以黄土高原地区实际土壤环境为依托,采用DesignMoldeler软件建立多供一回中心回水管换热器及周围土壤的三维热渗耦合传热模型,利用Meshing软件对模型进行网格划分,并采用Fluent软件对其进行数值模拟.分析岩土体分层条件下,沿埋深方向变化的土壤初始温度、不同地下水渗流方向及间歇运行模式对多供一回中心回水管换热器换热的影响.研究结果表明:分层土壤初始温度不同对不同类型的多供一回中心回水管换热器影响较大,故不可忽略;不同地下水渗流方向对不同类型的多供一回中心回水管换热器影响不同,存在一个最佳渗流方向使得换热效率达到最高;间歇运行模式可提高热泵运行效率,减小埋管的设计长度,从而减少初投资.     

埋管换热器对地表温度影响的模拟分析

为探讨地源热泵系统垂直埋管换热器运行对地表温度的影响,采用数值模拟的方法,基于一定的覆土厚度,结合不同工况下的埋管负荷,建立了地下土壤、钻孔、覆土与外界环境之间的传热模型,对埋管运行期覆土层温度场的变化进行了分析,并对地表温度随覆土厚度的变化规律进行了研究。结果表明,在地埋管的连续换热作用下,埋管周围土壤温度显著变化,且越接近钻孔中心,温度变化幅度越大;钻孔顶部覆土层温度局部变化,随着覆土厚度增加,温差递减;地表温度变化范围及上升幅度与埋管换热量成正比,与覆土厚度成反比;增加覆土层厚度能有效减缓地埋管换热对地表温度造成的热影响,有利于管群区域的红外伪装。     

机场跑道循环热流体法融雪除冰数值模拟

为实现机场跑道快速融雪除冰,保障机场航班的正常运转,基于COMSOL固体传热与管道传热模块对地埋管地源热泵系统进行了模拟研究.设计了4种埋管形式,从管道埋深、埋管排布形式、循环流体流速以及入口水温对供热系统进行了优化分析,提出用于表征换热均匀性的参数温度偏移系数,并将建筑垃圾引入钻孔回填材料,分析了钻孔回填材料对换热系...     

地下岩土热物性及地下水渗流速度确定

提出了可用于现场测量地下岩土的导热系数、容积比热容等热物性参数以及地下水渗流速度的方法．埋设在地下的地热换热器与周围岩土换热过程可以近似为无限大介质中移动线热源传热问题．该方法克服了其它模型对钻孔中埋管的具体位置、上升管和下降管之间的距离以及埋管和回填材料的物性等参数的要求，相应消除上述参数测量带来的误差．通过测量地下埋管的加热功率、循环水流量、出入口水温随时间变化，确定了某地源热泵空调系统工程地下岩土的热物性参数及地下水渗流速度，检验证实了该方法的实用性和可靠性．     

地源热泵中U型埋管传热过程的数值模拟

以钻孔壁为界将U型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分,并分别采用稳态与非稳态传热来分析求解,两区域模型间通过钻孔壁温耦合连接,以构成完整的埋管传热模型.对于钻孔以外部分,采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温.钻孔以内部分,在考虑埋管流体温度的沿程变化及U型管2支间热干扰的基础上,基于能量平衡建立了钻孔内U型埋管的稳态传热模型.用所建U型埋管传热模型对地源热泵系统的运行特性进行了动态模拟,得出了埋管出口流体温度、钻孔瞬时壁温、单位埋管吸热量及热泵COP随运行时间的变化规律.所建埋管模型可为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及其改进提供参考.     

基于Fluent模拟的地理管周围不同蓄热体温度场变化分析

为研究地埋管周围不同蓄热材料土壤温度场的分布情况,选定黏土、砂层及砾石3种不同蓄热体,利用Gambit建模软件建立简单的地埋管模型,选择距地埋管中心间距不同的5个测点,利用Fluent数值模拟软件进行蓄热体温度场仿真计算,研究相同蓄热材料距地埋管中心距离不同时以及不同蓄热材料距地埋管中心间距相同时各测点温度的变化情况。结果表明,地埋管周围蓄热材料相同时,土壤各测点温度变化趋势因测点的距离不同而不同,且距离中心越近温度变化越明显;地埋管周围蓄热材料不同时,相同测点温度变化趋势基本一致,且每年取热完成以后的土壤温度升高,但由于导热系数的不同引起每年蓄热及取热过程中温度、蓄热量和取热量的差异。研究结果可为太阳能耦合地源热泵系统地埋管的工程设计提供理论参考。     

海底埋地管道启输计算模型的建立

目前的海底埋地输油管道启输计算模型没有具体分析海水本身自然对流换热对管道启输的影响,启输计算模型能否应用于海底埋地输油管道启输计算需要实际投产来验证.因此急需研究海底输油管道预热计算模型满足海上油田开发的需求.对海底埋地输油管道进行了传热分析,建立了海底埋地输油管道三维物理模型,分析了海水本身自然对流换热对管道启输的影响情况.通过处理物理模型将管道启输传热模型简化为一维圆环传热模型,并进行了模拟计算和试验验证.模拟计算和实验研究对比表明:①当海水底流流速小于1.5m/s时,在此区域内海水自然对流换热对海底输油管道传热影响可以忽略不计.②海底输油管道正常矩形散热区域转换为圆环区域后其散热量基本不变,可见海底输油管道转化为一维模型是可行的.③在验证稳定状态沿程温降的过程中,发现各个测温点的绝对误差不超过0.1℃,说明该启输计算方法具有很高的置信度.     

重力热管伴热改善稠油井井筒传热损失的研究

根据重力热管作用原理,结合井筒传热过程,建立了稠油生产井中采用热管伴热方式时井筒热损失的计算模型,利用该模型分析了重力热管改善井筒热损失的原理。在此基础上,讨论了主要工艺参数对热管井井筒热损失的影响,结果表明：随着井底温度升高、产液量增加、热管下入深度加深,井筒热损失增大,其中,产液量对热损失的影响尤为显著。现场试验及理论研究表明：在不消耗额外能量的前提下,重力热管能够利用深部流体自身的能量提高井筒上部流体的温度,降低传热过程中的热损失,进而改善井筒温度分布剖面。该方法可以减小产出液在井下管道上升过程中的流动阻力,从而降低抽油机的负荷,实现低能耗对井筒流体加热的目的。     

管壁导热对管内流动流体热边界条件的影响

对层流管内受迫流动热入口段内流体与管壁间耦合传热进行了计算 ,研究了试件几何尺寸、试件与流体物性参数及流体流动状态对内管壁处流体热边界条件均匀性的影响。研究结果表明 ,即使在管外壁均匀加热 (或冷却 )的情况下 ,管壁导热也使得内管壁处流体的热边界条件出现明显的不均匀性。影响这种不均匀性的主要因素是Peclet数、管壁材料的相对导热系数、实验段相对加热长度及管壁相对厚度等无量纲参数。为了改善管内壁处流体的热边界条件以提高对流换热实验结果的精度和可靠性 ,在保证管外壁加热 (或冷却 )均匀性的前提下 ,一定要尽可能采用足够长的薄壁管做对流换热实验的加热段。此外 ,试件的材料与拟采用的加热方式有关。恒壁温加热时要选用导热系数大的材料 ,而恒热流加热时 (如外绕加热丝加热或管壁直接通电加热 )则应选用导热系数较小的材料