液-液循环流化床传热与制冰特性数值模拟

提出一种新型的液-液循环流化床动态制取流体冰方法,该方法采用水在另一种非相溶载冷液体中雾化形成细小水滴,水滴的运动主要受载冷液体的携带作用,水滴在循环流化床内流动过程中两相直接接触换热,水滴冻结实现制取颗粒流体冰目的.针对水雾化成水滴后循环流化床内水滴、载冷液体、冰颗粒所构成的三相系统,基于欧拉-拉格朗日方法,建立了颗粒轨道模型,模型考虑了相间能量、动量耦合.根据所建立的模型,对循环流化床内的多相流动与传热过程展开研究,获得了循环流化床运行参数对制冰过程的传热量和制冰量的影响规律,所得结果为定量预测液-液循环流化床传热与制冰性能及运行参数的合理选取提供了理论依据.     

单个水滴蒸发过冷过程的特性分析

为分析单个水滴在低温、低湿空气中的运动和蒸发特性,建立了描述整个传热传质及运动过程的数学模型,并通过对悬挂水滴的蒸发冷却实验验证了该模型的有效性.通过模拟计算获得了水滴温度、直径、速度和运动轨迹的变化规律,以及水滴初始参数和空气速度对制冰效率的影响.结果表明,水滴在某一喷射角度下,直径越小,同样的下落高度水滴水平飞行的距离越短,而相应的速度衰减则越快,同时水滴蒸发过冷所需的时间越短.另外,水滴初始温度越低和逆流空气速度越高,在很短的下落高度内,水滴就实现了过冷,而水滴直径的变化量随着初始水温和空气流速的增大而增大,因此对雾化水滴进行预冷却不仅可提高系统制冰效率,还能减少水滴的蒸发损失.     

循环流化床制取流体冰中液滴碰撞-聚并实验研究

对雾化液滴在液-液循环床体内碰撞-聚并现象进行了研究．在相同喷速下，通过改变载冷介质流量和温度，考察了影响液滴聚并发生频率的关键因素；采用高分辨率数码摄像仪实时采集床内颗粒在同一工况下不同高度处的流动状态，应用图像处理与数值计算相结合的方法，分析了颗粒平均粒径沿床高的变化趋势；对载冷介质温度最低时实验所获得的冰晶进行粒径的测量与统计整理，探讨了抑制液滴聚并的方案．结果表明，液滴聚并严重地影响了冰晶尺寸及其分布；在载冷介质流量较小时，液滴聚并频率大大降低，而在载冷介质温度较低时，液滴表面局部破碎及快速冻结导致颗粒平均粒径沿床高呈减小的变化趋势．在保证经济性及不冰堵的条件下，可以通过降低载冷介质温度和减小其流量来改善所制取流体冰冰晶的质量．     

冬季喷水制冰蓄冷系统中水滴的热计算及系统经济性分析

冬季喷水制冰蓄冷夏季应用系统与机械制冷系统相比,无污染、节约初投资和运行费用,并且可以降低夏季电力峰值负荷.通过建立水滴结冰的能量平衡方程进行数值计算,得到了在不同的室外温度下,水滴直径和结冰时间的关系,以及喷水制冰的性能系数,由于利用自然冷源,喷水制冰具有很高的性能系数.数值模拟的结冰量与实验结果相比较误差在7%—10%,这证明本模型是可行的.在可蓄冰地区应使用冬季喷水制冰蓄冷系统替代机械制冷系统可以节约能源与投资.     

降膜微通道内液相成膜特性及气-液传热过程数值模拟

采用流体体积函数(VOF)模型对浓硫酸(w=98%)在降膜微通道内的降膜流动及气-液两相传热行为进行了二维数值模拟。重点分析了液相入口流速对液膜厚度、液膜内速度分布的影响,结果表明液膜厚度与入口流速成正比,液膜内速度呈抛物线型分布。模拟研究了气-液两相入口流速、温度等因素对相间传热系数的作用规律,结果表明传热系数随气、液入口流速的增加而增加,随气相入口温度的增加而降低。与传统设备相比,降膜微通道内模拟所得的液膜努塞尔(Nu)数提高约8.77倍。     

焙烧炉新型燃烧器燃烧特性的数值模拟

对一种用于焙烧炉的新型燃烧器的燃烧过程建立了二维旋转轴数值计算模型,采用数值模拟的方法研究了燃气入口速度和喷口与喉部直径比对其燃烧特性的影响.结果表明,燃烧室内最高温度随燃气入口速度增大而升高.当燃气入口速度一定时,随喷口与喉部直径比的增大,火焰形状由梨状变为燕尾状,燃烧室内最高温度先降后升.火焰长度随燃气入口速度的增大而增长,随喷口与喉部直径比的增大而缩短.     

微重力下气液分离特性的数值模拟

微重力下离心式气液分离技术以分离环境不受重力条件的影响而广泛应用于航天器流体技术、环境控制与生命保障系统等领域.本文对微重力工况下离心式气液分离特性进行了数值模拟研究,通过正交实验法分析在转速、入口速度、含气量、黏度、温度综合作用时,各因素影响的主次关系.结果表明,转速、含气量、温度、黏度对分离效率的影响比较明显,且随转速、含气量、温度的增加,分离效率逐渐增加,而随黏度的增加分离效率逐渐降低,入口速度对分离效率的影响较小,这与美国地面实验的趋势大致相同,分离效率在92％～94％范围内.研究结果可为我国空间站环控生保技术采用蒸汽压缩蒸馏方法进行尿液分离的进一步研究提供基础数据.     

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。     

垂直管道中固液两相流动摩擦损失

本文运用两流体模型,提出计算垂直管道中固液两相流动摩擦损失的“双向”耦合数值方法。通过数值计算,研究固相颗粒直径、密度、浓度和液相速度对摩擦损失的影响。计算结果表明,摩擦损失随固相颗粒直径、密度、浓度和液相速度的增大而增加。本文的计算结果与试验值基本吻合。     

变径液固流化床单个颗粒运动模拟

变径液固流化床内单个颗粒运动过程的研究对整个流场分析具有重要的作用.通过Fluent-EDEM耦合计算,对变径液固流化床内单个颗粒运动行为进行了数值模拟.结果表明:不同密度颗粒进入分选区后,分别具有不同的运动轨迹,能够实现按密度分离,模拟分选效果较好;不同密度颗粒轴向速度表现为先是在短时间内迅速增加,达到一定速度后,开始逐渐减小趋势;将模拟所得单个颗粒轨迹与轴向速度值分别与高速动态拍摄所得值比较,吻合较好.     

循环流化床床层与壁面间传热特性的模拟分析

利用已建立的数学模型，对循环流化床床层与壁面间的传热特性进行了预测．分析了床层密度、床层温度、流化速度、颗粒粒径以及壁面长度等设计和运行参数对传热系数的影响．结果表明，床层密度越大或温度越高，传热系数越大；而颗粒粒径越大或壁面长度越大，传热系数越小；流化速度对传热系数则影响不大．     

Numerical investigation on heat transfer characterization of liquid lithium metal in pipe

Liquid Li metal is a promising nuclear reactor coolant; however, relevant research regarding its heat transfer characteristics remains insufficient. In this study, a steady-state two-dimensional mathematical model is established to describe the heat transfer process of liquid Li in a straight pipe. A numerical analysis is conducted to investigate the effects of inlet velocity, inlet temperature, and wall heat flux on heat transfer in liquid Li. The results indicate the advantage of using liquid Li for improving heat transfer at high inlet temperatures (> 1000 K) compared with using liquid sodium and lead–bismuth eutectic. Considering the mechanism of the outlet radial heat flow model, the ratio of turbulent to molecular diffusion coefficients presents a parabolic distribution along the radius of the pipe. Increasing the inlet velocity, decreasing the inlet temperature, and decreasing the wall heat flux can effectively weaken the dominant role of molecular heat transfer owing to the low Prandtl number of liquid Li. The heat transfer of liquid Li is investigated comprehensively in this study, and the results provide a basis for the practical application of liquid Li as a promising coolant.     

循环流化床锅炉燃烧室受热面传热系数计算方法

为确定循环流化床锅炉燃烧室受热面传热系数,在理论分析其影响因素的基础上,通过实践运行数据和测试数据得到了其计算方法及有关参数。该方法考虑了受热面结构、受热状况和物料浓度的影响。计算结果与一些循环流化床锅炉的实际情况比较,具有较高的精确度,误差在4%以内。该计算方法可用于130～420t/h循环床锅炉设计。     

宽筛分床料循环流化床与水平管之间的换热特性研究

本文在试验研究的基础上.对宽筛分床料循环流化床与水平管之间的换热特性进行了较为深入细致的分析与研究,得到了一些非常有价值的结果.     

垃圾焚烧炉内传热计算方法

考虑到垃圾作为燃料具有水分高、热值不稳定等特点 ,给出了层燃和流化床燃烧方式垃圾焚烧炉的炉内传热计算。将层燃炉炉膛分为燃烧室和燃尽室 ,分别给出了燃烧室和燃尽室辐射换热的计算方法 ,对高水分烟气的对流换热计算及黑度计算推荐了修正方法。循环流化床锅炉炉膛内分为密相区和稀相区 ,针对各区受热面布置特点 ,总结了相应计算方法。该方法已经应用于垃圾处理能力为 15 0 t/ d循环流化床垃圾焚烧炉以及 5 0 ,10 0 ,30 0 ,80 0 kg/ h的系列层燃垃圾焚烧炉的工程设计中。     

大颗粒流化床传热数值模拟与气固传热模型比较

采用欧拉-欧拉模型对GeldartD类颗粒气固流化床的非定常传热过程进行了模拟,比较了包括Gunn模型在内的6种不同的气固传热系数模型.通过模拟二维流化床发现,基于6种气固传热模型得出的平均壁面传热系数与文献的实验关联式相差不大,但是6种模型给出的局部气固传热系数呈现较大的差别,其原因在于不同模型中的两个主要影响参数颗粒雷诺数和床层空隙率的贡献不同.比较了6种气固传热模型之后,采用Gunn模型对D类颗粒的流化床进行了模拟和分析,结果表明:尽管存在较大的气泡和一定程度的腾涌,D类颗粒流化床可以实现稳定的流化.从流化床内的温度分布的演化来看,D类颗粒流化床的传热均匀性不存在问题,较大的颗粒直径和较大的气泡并未造成传热问题.     

高温流化床与浸没表面间传导、对流和辐射换热的数值分析

应用作者所提出的表面-颗粒-乳化团传热理论模型对粒径0.87～1.21mm，堆积密度386～870kg/m³的5种空心刚玉球粒子流化床在950℃床温时流化床与浸没表面间的传热进行了数值计算，并与文献实验数据进行了比较。计算表明，浸没表面温度对瞬时换热系数有显著影响，表面温度为900℃时的瞬时换热系数约是表面温度为300℃时的瞬时换热系数的1.6倍；粒径减小、堆积密度增加都使换热系数增大，其中粒径和堆积密度的变化对热传导系数分量的影响最为显著，对对流和辐射换热系数分量的影响相对较小。计算了传导、对流和辐射换热系数分量占总换热系数的份额，对于所用的5种粒子，950℃床温，流化数(U/U_mf)在1.1～4.0范围，对表面温度平均的总传热量中，热传导占57%～43%，辐射换热占51%～37%，对流换热占5%～3%。讨论了U/U_mf对气泡相辐射换热和乳化相辐射换热的影响。     

环形流化床生物质热裂解反应器的传热分析

 环形流化床热裂解反应器结构紧凑,热效率较高,具有良好的应用前景.本研究对环形流化床内传热过程进行分析.利用解析法,构建了环形反应器稳态传热的计算模型,并用C语言进行编程和求解,得出了反应器各参数随流化气速变化的关系.同时,应用数值法得出相应流化气速下反应器热量损失与壁面温度,并与解析法进行对比.结果显示,反应器在流化气速为0.02~0.24m/s下工作时,随着流化气速的升高,总传热系数上升,燃烧室外壁面温度降低,保温层表面温度升高,单位长度上的热损失呈上升趋势.与传统流化床反应器相比,环形流化床反应器的热损失较低.解析法与数值法得出的结果具有较高吻合性,对于流化床反应器内传热效果的分析具有指导性意义.