圆盘反应器成膜性能的实验研究

在直径为0.48m圆盘反应器内研究了物料黏度、液位、圆盘转速等因素对反应器功率、最小成膜转速、持液量以及膜厚的影响规律。结果表明:最小成膜转速随黏度的增加而降低,随液位的降低而升高;持液量随黏度和转速增加而增大,黏度较低时增加的趋势低于黏度较高时;无因次混合时间随着线速度的增加先减小后增加;同时得到了功率准数以及膜厚的关联式。     

单螺杆压缩机增压槽道内喷液成膜特性研究

为厘清单螺杆压缩机喷液压缩过程中喷入液体的运动状态、弥散分布和成膜铺展特性，实现喷液参数的合理调控，根据单螺杆压缩机基本结构和多圆柱复合包络啮合副空间啮合原理，建立了单条螺旋槽道的三维空间扭曲槽道模型，并依据螺旋槽道几何特征及啮合副相对运动关系对模型进行了简化。基于简化模型，利用计算流体动力学软件开展了喷液压缩过程中工作腔内部水气液两相流动过程的数值模拟研究，分析了变工况下喷入液体在增压槽道内的弥散分布和成膜特性以及介质压力和温度、螺杆转动速度、喷液流量和速度等关键运行参数对其影响规律。研究结果表明：喷入的液体在壁面上汇聚成膜，随着腔内压力的上升，形成液膜平均厚度呈下降趋势；腔内温度自80℃上升到200℃,液膜平均厚度变化不大，上下波动范围在8.3%以内；螺杆转子转速过快或者喷液速度过慢都会使得喷入液体还未接触壁面就被星轮撵出槽道，进而降低压缩过程的冷却效果；喷液流量的增大将有效提升形成液膜的平均厚度，可以有效防止泄漏。     

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。     

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.     

液流冲击圆盘铺展及破碎特性的研究

针对难以确定制取铁合金一定粒径下的工艺参数，基于飞溅板雾化原理，引入圆盘边缘处液膜厚度和流速为中间变量，将全过程分为圆盘内铺展和圆盘外破碎两个连续阶段，在圆盘内液膜铺展阶段建立气-液两相流数学模型，在圆盘外液膜破碎阶段建立液膜表面扰动波数学模型，研究了液流流速、液流直径和圆盘直径对液膜铺展及破碎特性的影响规律.结果表明，当介质为Sn-58Bi,液流流速为3 m/s,圆盘直径为200 mm,改变液流直径为50～100 mm时，形成液滴直径为7.5～10 mm;液流直径增加或圆盘直径减小时，破碎形成的液滴直径增大；液流流速增加时，液膜破碎时刻提前，对液滴直径的影响较小.     

竖直螺旋槽管强化传热传质特性的研究——壁面几何形状对液膜流动特性的影响

该文研究竖直螺旋槽管壁面液膜形成及流动特性，建立了单组分流体的物理和数学模型并得出解析解，并分析了壁面几何形状对液膜流动特性的影响。结果表明：液膜的形状主要受表面张力影响，在表面内弯处液膜较厚，而在槽道起始部液膜较薄，相对于光滑直管、竖直螺旋槽管壁面液膜具有均匀的厚度分布和更好的传热传质性质。     

微膨胀床反应器内气液分布设备性能数值模拟

用VOF数值模型方法,对适用于上流式微膨胀床反应器内的气液分布设备进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比。考察了气液分布设备对气液两相的分布作用,包括分布器内的动态流动特征和流动形态。同时考察了气泡的大小、上升速度、压力降随着表观气液速的变化规律。结果表明：(1)选用VOF数学模型,可以清晰准确的模拟出气液分布器的动态流动特性和气液分界面,可以指导气液分布器的优化设计;(2)气泡的上升速度随着表观气速和表观液速的增大而增大;气液分布器出口气泡的直径随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;截面平均气含率随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;气液分布器的压降则随着表观气速的增大而减小,随着表观液速的增加而增大;(3)相对于表观液速的变化,气液分布器对表观气速的变化敏感度更高,表观气速更影响分布器的工作负荷。     

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。     

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.     

滑靴副润滑油膜成膜特性的理论与试验研究

为使滑靴副具有良好的摩擦性能,应使滑靴副处于全膜润滑状态. 通过耦合流体动力润滑方程、膜厚方程、任一点速度方程、流量平衡方程以及滑靴所受的力和力矩平衡方程,建立了滑靴的摩擦动力学模型,设计了滑靴副模型试验装置,仿真分析与试验研究了工作转速与压力对滑靴副油膜特性(中心膜厚、最小膜厚以及倾斜方位角)的影响. 仿真与试验结果表明,滑靴副的油膜厚度随工作转速的升高而增大,但增大趋势逐渐变缓;滑靴副油膜厚度随工作压力的升高而减小;低速高压下,滑靴副易处于混合润滑状态.      

用聚并分散模型研究旋转填充床中微观混合过程

采用Ｃｕｒｌ的聚并分散模型来描述旋转填充床内微观混合的情况,模拟转速和流量对一个偶氮化合反应体系产物分布的影响。模拟结果与实验结果的在旋转填充床中液体宏观分布并非完全均匀,在考虑到这点后,二者吻合良好。模拟及结果表明,提高转束及增加流量能促进微观混合。     

泵出型螺旋槽机械密封端面间隙气液两相流动数值分析

针对泵出型螺旋槽气膜密封由于阻塞气压力降低,被密封液相介质进入密封间隙的情况,以密封端面间隙流体膜为研究对象,利用Fluent软件VOF模型模拟阻塞气压力恢复到正常值时端面间隙的流动状况。此时流体膜处于气液两相非稳定流动状态,研究密封端面间气液两相介质分布、压力分布及密封性能随时间的变化规律。结果表明:在假设条件下,内径处阻塞气压力恢复到正常值,流体膜能够恢复成纯气相流体膜;液相介质能增强流体动压效应,增大气相介质流动阻力,降低泵送量;气液两相掺混,改变了气液两相分布、压力分布、泵送量等密封性能,增大了流体膜恢复成纯气相的难度,且在液相介质进入螺旋槽状况下,流动过程中少量液相介质在内径处发生泄漏。     

刮膜式分子蒸发器上液体的停留时间分布

以水及质量分数分别为50%、70%的丙三醇-水溶液为介质,采用脉冲示踪法与紫外分光光度法对刮膜式分子蒸馏器上液体的停留时间分布(RTD)进行研究,分别研究了进料速率、转子转速及物料黏度对停留时间分布的影响.结果表明:在实验范围内,停留时间随着进料速率的增大而减小;进料速率增大时,分子蒸发器上的液膜混合程度也随之增强;随着转子转速增大,停留时间先增大,当达到一定转速后,停留时间反而减小;停留时间随物料黏度的增大而增大,液膜轴向返混程度也随之增强.通过对实验过程的观察与分析,采用2种不同的组合流动模型对刮膜式分子蒸馏过程进行描述,经与实验数据的对比可知,模型2(2个N级全混流串联模型进行并联,其中一个区域中每个全混流模型分别与一个平推流区域进行交换)在实验条件下较为适用,模型的模拟值与实验数据吻合较好.     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。     

卫生洁具形成虹吸现象的VOF模型判定方法

利用标准k-ε湍流模型,闭合非定常气、液多相流的N-S方程,采用有限体积法和非结构化网格,数值模拟了虹吸式卫生洁具冲水流道的三维流动,由残余污水的测试实验验证了该数学模型的正确性。对排污管的驼峰顶断面的气、液两相的体积分数积分数进行了定量计算,获得了其虹吸现象形成的数值判据。对卫生洁具流道形成虹吸现象的水力特性实现了预测,为虹吸式卫生洁具的出水流道水力设计优化提供了理论依据。     

整体叶盘结构叶片弹性变形规律及其对风扇气动性能的影响

以某先进三级风扇为例,通过三维计算及试验数据分析,对比研究了整体叶盘结构及盘榫结构的不同弹性特征;分析了整体叶盘结构叶片弹性变形角变化量随叶高、相对换算转速变化的特点;阐述了弹性变形角对风扇气动性能的影响;探讨了整体叶盘结构风扇叶片的气动设计方法。试验及三维计算结果表明,整体叶盘结构的弹性变形量小于盘榫结构叶片,弹性变形角随叶高及转速呈非线性变化;应用整体叶盘结构叶片气动设计方法后,在设计转速工作点流量相对增加了1.92%,效率相对提升了0.1%,风扇性能得到明显改善。