较大流量多支管流量分配实验与数值模拟

许多烟气加热过程涉及到较大流量多支管流量分配均匀性问题．因此对这类较大流量多支管的流动情况进行了数值模拟和实验研究，得到了分配管内的流动规律及实现流量均匀分配的方法．实验表明，改进分配管结构，可以实现较大流量多支管的流量均匀分配．     

多孔分配管与汇集管内单相流体的流动特性

建立了变节距开孔的分配管和汇集管内单相流体的流动物理模型,并获得了分配管和汇集管内流动特性的分析解．导出了小孔间的流速、流量偏差公式,以及流量均匀分配和均匀汇集时节距函数的分布及其离散解．为动力、化工、机械等行业多种单相流体分配管和汇集管的流动设计提供了有效的理论分析方法     

单相流体在锅炉并联管组中流量分配规律研究

本文首先对单相流体在并联管组中流量分配研究的重要性作了论述，综合评述了国内外在单相流体流量分配方面的研究工作，在此基础上，结合我国大容量锅炉的运行现状，提出了进一步研究流量分配问题的意见．     

基于分时原理的气液两相流量测量

取样式多相计量要求取样流体与主管被测流体保持稳定的比例关系,基于这点,为保证取样的代表性,根据从时间上对多相流体进行取样的分时分配原理,设计了基于该原理的转轮型分配装置,实现了气液两相流量测量。利用空气-水为实验介质,在气液两相流实验系统上进行了实验验证。实验中出现的流型包括波浪流、环状流及弹状流,在实验范围内进入取样回路的气液相流量与主管被测流量保持稳定的线性关系,液相、气相流量测量最大误差分别为7．3％和7．5％。     

重整炉受热集合管网的流量分配

对于催化重整装置大型化过程中造成的管内偏流问题，采用偏流因子和最大流量负偏差概念作为衡量辐射炉管流量分配均匀性的定量判据，考察了管网结构、均匀受热与非均匀受热对集合管网流量分配的影响，得到了集合管网流量分配数据。结果表明，开发的适用于不同炉管布置的受热集合管网流量分配软件，其计算结果易收敛、计算精度较高，能够反映集合管网内部流量分配情况。     

水平并联管系统中两相流流量分配特性的可视性研究

在空气－水试验台上，对分配集箱入口装设加速管和不装设加速管的水平Ｕ型和Ｚ型集箱系统的两相流流量的分配特性进行了可视性研究．研究发现，水平并联管系统中的两相流流量分配与分配集箱内的流动状况有关；在分配集箱入口装设加速管后，两相流量分配特性有很大改善．     

基于目标流量拟合的微型燃烧室流量分配设计方法

通过改变射流孔的布置调节燃烧室的流量分配是提高燃烧室燃烧性能的重要设计方法.为了降低燃烧室流量分配设计时总结各射流孔流量规律所需的仿真计算成本,根据在研的微型燃烧室几何模型和初次仿真结果建立了燃烧室流量-压力数学模型,提出用计算替代大量仿真获取射流孔当地流量规律的流量放缩拟合法,并进一步根据燃烧室流量-压力数学模型和射流孔当地流量规律设计得到满足目标流量分配要求的射流孔布置方案.结果表明:在初始算例流量分配误差较大的情况下,仅需两次设计计算流程即可以将燃烧室各排射流孔流量与目标流量的相对误差减小到5%以下.与传统方法相比,该方法总结射流孔当地流量规律所需的数据量小,且考虑了燃烧室整体几何因素对横向射流的影响.     

提高弯头下游均速管流量传感器测量精度的研究

当均速管流量传感器安装在弯头下游时,由于流体流动为非充分发展湍流,会增大其流量测量的误差.为提高流量测量精度,提出了在90°弯头下游安装流动调整器改善速度分布对称性,减小测量误差的方法.采用计算流体力学(CFD)仿真分析与实流实验相结合的方法,基于NEL流动调整器,设计出了改进型的流动调整器结构.经仿真和实验验证,安装改进的流动调整器后,均速管流量传感器的线性度误差减小到了0.176%.流动机理分析发现,上游流体速度剖面对称性是影响传感器误差的关键因素.数据表明,CFD仿真预测线性度误差的偏差小于0.056%.     

Z型集箱连接系统单相流体的流动特性

分析了电站锅炉并联管组单相流体流量偏差计算的现有标准方法存在计算误差的原因．通过建立更接近真实的物理模型,研究了Ｚ型集箱连接系统单相流体的流动特性,获得了理论解．实例对比计算表明,实际流量偏差越大,现有标准方法产生的计算误差越大．本文的工作为准确计算Ｚ型集箱连接系统单相流体流量偏差,提供了一种有效的方法．     

水平并联管系统中两相流流量分配的理论及实验研究

在空气－水两相流试验台上，对水平放置集箱的Ｕ型和Ｚ型并联管系统中的两相流流量分配特性进行了理论和实验研究，着重对水平并联管中两相流流量分配规律进行了理论上的分析和推导，得到了计算各支管流量的计算式，并用实验进行验证，其计算结果和实验结果符合较好，研究结果对两相流并联管束的工程设计具有重要的参考价值。     

基于管壁取样的气液两相流量测量

为克服传统取样式多相流量测量方法取样口易堵塞的缺点,提出了通过管壁取样测量气液两相流体流量的新方法.管壁四周均匀布置4个直径为2.5 mm的取样孔,并在上游采用旋流叶片将来流整改成液膜厚度均匀分布的环状流型,从而增强了取样的代表性.分析表明,取样流体中的液相质量流量与主流体液相质量流量的比值主要取决于取样孔的数目和大小,而取样流体中的气相质量流量与主流体气相质量流量的比值则与主管路液相流量有关.在管径为0.04 m的气液两相流实验回路进行的实验表明,在实验范围内液相取样比为0.049,基本不受主管气液相流量波动的影响,能够在宽广的流动范围内维持恒定.液相流量最大测量误差为6.8%,气相流量最大测量误差为8.9%.     

T型管道冷热流体混合过程中速度波动大涡模拟

T型管道中的冷热流体混合湍动效应,必将导致流体的速度波动,这是诱发管道热疲劳的流动本质原因.为了揭示这一原因,对T型管道中主管为热流体和支管为冷流体的混合过程进行了大涡模拟,对比分析了某一截面位置上的时均速度和均方根速度的实验值与模拟值.实验值与模拟值吻合良好,说明大涡模拟能够准确地预测混合过程的时均速度和速度波动.数值结果表明,x和z方向的时均速度和均方根速度沿z方向具有随着x/db的增大而趋于平稳、随y/db的增大而减小的总体趋势.     

插拔式变比例均匀取样器及气液两相流量计量

分流比是取样型多相计量装置的关键参数,传统取样装置取样比固定,难以适应现场工况变化。为实现取样比在线调节,提出一种插拔式新型取样器,分流孔数为20,直径为3 mm,沿主管管周均匀布置,取样截面上游设置螺旋器诱发来流形成均匀螺旋环状流,通过特殊设计的取样管可动态改变分流孔的连接方式从而获得期望的取样比。根据取样孔和主流孔阻力平衡关系,推导气液相分流系数公式,并在气液两相流试验环道上进行试验验证。结果表明气液相分流系数主要取决于取样孔和主流孔的数目,不受气液相折算速度、入口流型的影响,气液相流量测量最大误差小于±5%;与单孔取样相比,三孔取样阻力损失更低,同时由于进行了多点取样,降低了对液膜均匀程度的依赖,能够在更低的气液相流速工况下工作。     

磁流变液在圆管内的压力驱动流动

用Herschel-Bulkley模型描述了磁流变液随外加磁场变化的流变行为;基于动量方程,分析了磁流变液在圆管内的压力驱动流动, 得到了流速和流量表达式,为圆管磁流变器件的设计提供了理论依据。研究结果表明：磁流变液具有粘性和粘塑性流体特性;磁流变液在圆管内的流动呈粘塑性流动;流速沿磁场方向分段呈现抛物线和等速直线分布;流量可由外加磁场连续调节。     

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性 ,将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明 ,若选择适当的湍流时均速度梯度模型 ,用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近 ,说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要。湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差。对于牛顿流体在圆管内的湍流流动 ,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小。参照牛顿流体能量耗散率的计算方法 ,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体 ,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度 ,并采用牛顿流体时均速度梯度模型 ,按近似方法计算得到的体均能量耗散率与按解析式计算的结果吻合     

粘弹性流体在圆管中起动流动的规律

选取了粘弹性Ｍａｘｗｅｌ流体，研究了该种流体在圆管中起动时的流动规律。结果表明，Ｍａｘｗｅｌ流体比牛顿流体先趋于稳定流动，圆管中心处Ｍａｘｗｅｌ流体的速度比牛顿流体大，粘弹性的存在对流体在小直径圆管起动的影响比对大直径的影响程度要大。     

基于虚拟仪器的超声Doppler管道低流速测量

传统的超声Doppler流量计在管道流量测量中会遇到无法判断流速方向和低流速测量困难等问题。该文基于虚拟仪器平台,将Doppler信号解调到15kHz的中心频率,并运用Zoom-FFT算法对其进行高精度选带频谱分析,然后进行加权平均频率估计,得到被测流体的平均流速及方向,实现了一个新的超声Doppler流量测量系统。超声波探头外夹安装在充满流体介质的不锈钢管道上进行流量测量,实验结果表明该系统不仅可以正确分辨流速方向,还能测量低达0.02m/s的流速,在判断流速方向和低流速测量上比传统超声Doppler流量计更为有效。     

垂直井砾石充填防砂最小排量的确定方法

将水平管中清水及低粘液体携砂时的临界流速公式用于计算垂直井砾石充填防砂的最小排量 ,研究了垂直井低粘液体及清水携砂液临界流速计算公式的特点及应用条件 ,分析了射孔孔眼临界流速及防砂井最小排量的影响因素 ,并利用现场数据计算了防砂井最小排量。结果表明 ,射孔孔眼直径及携砂比增加时 ,临界流速增加 ;射孔密度、射开厚度、孔眼直径及临界流速增加时 ,砾石充填最小排量也增加。提出的临界流速计算方法可用于现场施工排量的设计 ,携砂液初始排量接近或高于临界排量是保证防砂成功并获得较长有效期的根本条件。     

牛顿流体在圆管内湍流流动剪切率的近似计算

根据剪切率的定义导出了描述湍流流动剪切率与时均流剪切率和脉动流剪切率关系的基本方程 ,该关系式与流体的流变性类型无关 ,适用于牛顿流体和非牛顿流体。根据不可压缩牛顿流体湍流剪切率与能量耗散率的关系和湍流能量耗散率的近似算法 ,得出了不可压缩牛顿流体在圆管内湍流流动剪切率及脉动流剪切率的实用算式 ,计算所得湍流剪切率及脉动流剪切率的分布特征与已知实验规律相符。     

低浓度多相流管道冲蚀磨损数值模拟

液固多相流冲蚀磨损会严重影响管道的使用寿命。以某输油管线设计为研究对象,运用Fluent软件中的Mixture-DPM双向耦合模型研究低浓度颗粒的油水多相流管道流场变化,分析集输管线整体冲蚀速率分布,得到了不同管件冲蚀磨损较严重的区域。为了进一步研究冲蚀磨损的影响因素,选取3种不同的入口流速及原油含水率进行综合对比分析,结果表明：不同管件的冲蚀磨损区域各不相同;90°弯管磨损区域主要集中在外拱壁面,三通管磨损区域主要位于下支管右壁面,渐缩管磨损区域主要位于喉部区域及出口处,盲三通在盲端1/3处形成小型旋涡,且磨损区域主要位于盲端与下支管相贯线区域以及下支管右壁面处;冲蚀速率随入口流速的增加呈指数型增长,指数系数为1.89;随原油含水率增加,冲蚀速率呈倒"U"形变化,当含水率为20%时,冲蚀速率达到最大值。