切向狭槽自由出流特性及流量系数分析

建立切向狭槽自由出流流量系数的数学模型,分别进行了水、乙醇水溶液、乙二醇水溶液及多乙二醇溶液四种介质的冷膜实验,分析了液位高度、狭槽尺寸及物料物性等对流量系数的影响规律,确定了狭槽宽度的最佳开口范围为2.2～2.5 mm,并进一步给出了该狭槽在不同液位高度下的流量系数计算公式,为切向狭槽布膜器的工程应用提供了理论依据。     

水平管外降膜流动的膜厚测量和数值模拟

采用激光诱导荧光法结合数字图像处理技术对水平管外降膜流动的液膜厚度进行了测量,得到了常温常压下水在水平光滑管和Turbo-CII强化管外降膜流动的过程中,液膜厚度随流量、管周角度和液体分布装置布液高度变化的规律.采用Fluent软件对单根水平管外的流动情况进行了二维数值模拟,并把计算结果和实验结果进行了对比.实验和模拟结果表明:上半周的液膜厚度比下半周的大,且在水平管上半周沿顺时针方向随着角度的增大而变小,而在水平管下半周变化不大,液膜最薄点出现在水平管下半周靠近90°附近的位置;液膜厚度随着流量的增大而变大,随着布液高度的增大而变小;管外液膜流动有波动,上半周的液膜波动比较大,Turbo-CII强化管外液膜表面的波动要比光滑管的小.     

水平管外降膜流动液膜厚度数值模拟

建立了水平管外液体降膜流动过程的物理数学模型并对其进行了数值模拟研究,将模拟结果与文献中的理论值和实验值做了比较,变化趋势吻合较好.通过计算不同雷诺数下沿管壁周向的液膜厚度及液膜分布情况,分析了结构和流动参数对液膜厚度与分布的影响规律.结果表明:液膜厚度随雷诺数的增大而增大;当雷诺数一定时,管壁周向液膜厚度呈先减小后增大趋势并随管间距的增大而减小,并且随着雷诺数的增大,管壁周向液膜波动增大且易出现"干区".     

溴化锂溶液在亲水水平圆管表面降膜流动的数值模拟

为了研究润湿性对水平管外降膜流动性能的影响,基于有限元法建立二维两相流模型,模拟了溴化锂水溶液在水平圆管外亲水表面不同润湿性(静态接触角0°~60°)的降膜流动过程;探究了液体在不同润湿性的水平圆管外壁铺展成膜的瞬态特性;分析了稳定后液膜厚度和液膜表面速度的分布特征.结果表明:当水平管外壁润湿性降低或静态接触角增加时,液体在水平管外铺展成膜所需的时间增加,液膜最前端液体的堆积量增大;达到稳定状态后液膜厚度沿周向呈先减小后增大,液膜速度沿周向呈先增大后减小的变化趋势;液膜最小厚度或最大速度位于周向角120°左右;根据液膜厚度沿周向角分布模拟值与实验数据的比较结果,对Nusselt液膜厚度表达式进行了修正.     

竖直平板表面流动液膜厚度的实验研究

液膜厚度是研究液膜流动特性的重要参数,为了得到液膜流动过程中厚度的变化规律,对竖直平板表面上由重力驱动的水膜流动进行实验测量。自主设计并搭建降液膜流动实验台,利用电容式液膜测厚仪统计分析层流流动,距离入口25cm处的流动液膜厚度随时间的演化状况。实验结果表明：在时间域上,观测点的液膜厚度值不断发生变化。Re=297时,0至70 s内的流动液膜的波动性平稳,厚度平均值接近168.5um 。Re=462与Re=627时,在0至40 s时间段内波动较强烈,40至70 s的液膜流动趋于平稳状态。Re=814时,所测时间段0-70 s,液膜波动较剧烈,波动幅度增大。液膜厚度与雷诺数呈正线性相关关系。当Re=814时,每个时间点的液膜厚度在360um以上,高于其他三种不同雷诺数时的液膜厚度。高雷诺数时液膜的波动状况更加剧烈,减小雷诺数有利于形成光滑的液膜。从侧面体现出流动液膜具有不稳定性。     

壁面微结构对超薄液膜流动特性的影响

针对非平整基底表面上的超薄液膜流动,采用润滑理论推导出液膜厚度演化方程,并利用PDECOL程序进行了数值求解,分析了不同基底表面液膜轮廓的变化特征及基底结构参数和重力对液膜流动的影响.研究表明:微尺度基底的不平整特征将引起液体局部压力增加或减小,形成隆起或凹陷,使液膜表面发生变形;台阶、V字形和矩形凹槽等基底的深度增加或斜度减小具有增强液膜表面变形的作用,基底宽度仅在小范围内增加具有放大液膜表面变形的作用;波状基底高度增大具有增强液膜隆起高度、减弱液膜凹陷深度的作用,波数的作用与之相反;重力会抑制液膜隆起和凹陷的发生.     

竖直管降膜蒸发器溢流孔式布膜器CFD模拟研究

针对某公司在役竖直管降膜蒸发器换热效果不佳的问题,利用计算流体动力学（CFD）方法模拟研究了径向进液、切向进液以及溢流孔上方液位高度对成膜效果的影响,并进行了实验验证。模拟、实验研究发现：流体径向进入布膜器,仅部分流体沿壁面成膜,造成换热面积的有效利用率不足,进而导致蒸发器换热面积有效利用率低;采用切向孔进入布膜器,流体可在换热管壁面均匀成膜;溢流孔上方液位高度300mm时可保证布膜均匀。     

螺旋槽上游泵送机械密封有限元数值计算

研究了螺旋槽上游泵送机械密封的工作机理 ,分析了该密封端面间的液体运动规律并建立了用于计算机械密封端面内液体二元流动的雷诺方程。用有限元数值计算的方法得出了一定条件下螺旋槽上游泵送机械密封端面间液体的压力分布、开启力及上游泵送量等。计算结果表明 ,螺旋槽上游泵送机械密封端面液膜内的压力分布呈三维凸形曲面 ,该密封具有明显的流体动压效应 ,低压侧的流体向上游泵送到槽底直径处压力增至最大值。该密封稳定性较好 ,理论上能实现零泄漏     

螺旋槽上游泵送机械密封有限元数值计算

研究了螺旋槽上游泵送机械密封的工作机理。分析了该密封端面间的液体运动规律并建立了用于计算机械密封端面内液体二元流动的雷诺方程，用有限元数值计算的方法得出了一定条件下螺旋槽上游泵送机械密封端面间液体的压力分布，开启力及上游泵送量等，计算结果表明，螺旋槽上游泵送机械密封端面液膜内的压力分布呈三维凸形曲面，该密封具有明显的流体动压效应，低压侧的流体向上游泵送到槽底直径处压力增至最大值。该密封稳定性较好，理论上能实现零泄漏。     

水平管外蒸气轴向流动凝结传热理论与实验研究

根据水平管外蒸气轴向流动速度随轴向距离的增加而逐渐减小的流动特性 ,建立了边界层外蒸气轴向流动速度方程 ,通过对数学模型的数值求解 ,得到了无量纲液膜厚度及凝结换热系数的数值解 ,同时得出了蒸气轴向流动速度随轴向坐标 z的变化关系 .并通过实验进行了验证 ,理论计算结果与实验结果吻合得较好 .通过数据整理得到了实验关联式 .     

竖管降膜蒸发器分布器的实验研究

为获得适用于竖管降膜蒸发器的高效液体分布器,对不同结构参数的齿型分布器、锥型分布器和螺旋型分布器进行了冷膜和热膜实验。实验结果表明:通过改变螺旋型分布器的结构参数,可使其具有较高的操作弹性以适应不同需要,但压力损失较大。当用于光管降膜蒸发器时,螺旋型分布器的总传热系数明显高于齿型分布器和锥型分布器的总传热系数。综合分析得出螺旋型分布器的综合性能最优。     

竖管降膜蒸发器多层喷淋盘式分布器的流量计算

为了为应用于竖管降膜蒸发器的多层喷淋盘式分布器的结构设计提供理论依据,对该分布器的流量计算公式进行了推导。多层喷淋盘式分布器的流量计算应按薄壁孔口出流和管嘴出流2种情况分别处理。给出了相应的计算公式,并进行了分析。以此为依据可确定各分布盘上筛孔的直径,给出了计算方法。用此方法对分布器进行了设计,进而通过实验验证了其精确性。     

气液并流垂直液膜流动的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,采用VOF方法模拟了气液并流垂直液膜流动.将平均液膜厚度数据与文献数据对比,验证了模型的合理性.考察了气、液相雷诺数和壁面剪切力对液膜流型的影响,分析了不同截面液膜厚度随时间的变化情况,且比较了液膜波动与壁面剪切力的变化规律.模拟结果表明:液膜的流动形态在不同高度处主要有滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流,可划分为入口段、发展段和稳定段3个区域;波形低谷值对应剪切力的高峰值,大振幅波的高峰值对应剪切力的低谷值,但由于液膜波动的随机性以及波的叠加,并不是所有的剪切力高峰都与液膜波谷相对应.     

水平管气液环状流在新型分配器中的分配研究

设计了一种新型三通型两相分配器，该分配器主管侧壁均匀分布着直径均为3．5mm的8个小孔，主管中的气液混合物通过安装在主管外壁上的环室进入侧支管．通过在空气一水实验台上对水平管气液环状两相流通过该分配器进行的实验研究发现：与传统三通分配器的分配特性不同，该分配器的液相会优先进入侧支管．建立了相分配模型，认为对于环状流，通过管壁小孔的液膜将被小孔捕获，从而进入侧支管．该模型还提出了分配影响区修正系数，实验发现该系数与入口干度成线性关系．预测的气液相分流系数、主管出口与直通管间压力损失与实验结果吻合得很好，最大误差为7．24％．     

水平管弹状流液膜区的流动特性研究

将一维形式的双流体模型用于水平管弹状流的液膜区，导出液膜区截面含液率随距离而变的控制方程，讨论了方程的封闭性并提出壁面和界面阻力的计算方法．对液膜区平均截面含液率的计算结果与前人的测量结果作了比较，分析了影响平均截面含液率的因素．通过对截面含液率、液相流速和气相流速沿长度变化的计算分析，首次提出液膜和气弹都是连续波．     

板式换热器内两相流流量分配的模拟及实验验证

针对带有分配器的钎焊板式换热器内各支路的气液流量分配特性建立了预测模型.基于各支路的压降平衡方程,分别建立了板间流道和分配器流道压降计算模型;基于分配器处的气液分离关系方程,分别建立了两相流体在分配器处相分离和在分配器入口处液膜分布的计算模型.通过将压降平衡方程、气液分离方程分开迭代计算,开发了适用于模型的求解算法.模拟结果与实验测试数据对比表明,换热器总压降的相对误差在±20%以内,两相区高度的相对误差在±13%以内.     

垂直管内气液两相逆向流动中界面波特性及液泛现象研究

以空气、水为工质，对内径５０ｍｍ的垂直管内气液两相逆向流动中的液泛现象和界面波特性进行了实验研究．通过实验观察和分析，认为本实验条件下的液泛是由于气液界面产生大的振幅波而后失稳造成的．研究了液泛产生前、后界面波特征及其速度、频率和波长随气液两相流量的变化规律．     

水平管外液膜液滴作用下的蒸汽流动特性

为研究水平管外液体和气体相互作用下的两相流动特性,选择蒸发器中广泛应用的转角正方形排列管束为物理模型,采用流体体积函数(VOF)方法追踪气液界面,提出液体在管间以液滴形式存在的模型假设,结合管间空隙率数据来初始化水平管外液膜厚度和液滴直径,模拟蒸汽在管外液膜和管间液滴作用下的流动过程,分析气液两相的压力场和速度场.结果表明:小喷淋密度下,进出口压降计算值和实验吻合良好;在计算域内,下部区域压力值高于上部区域,且最小压力分布在液滴附近的右下侧区域;压力分布的不均会造成液滴在下落过程中的变形.