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".     

平板Poiseuille分层流动的线性稳定性

为了讨论平板Poiseuille分层流动的线性稳定性问题，在考虑液-液交界面存在互溶薄层（液膜）的基础上，研究了液膜位置、液膜厚度和液膜内黏性系数分布等因素对流动失稳临界雷诺数的影响。研究得出：①在液膜两边上黏性系数4阶以上导数值几乎不影响流动临界雷诺数；②当液膜中心远离临界层，并且厚度小于0．1时，对流动稳定性几乎没有影响；③当液膜中心接近临界层时，液膜厚度会对临界雷诺数产生很大影响．因此，改变液膜位置和膜厚可以用于流动稳定性控制，实现流动减阻．     

溢流式布膜铝板液膜厚度和润湿特性实验研究

为了探索高雷诺数(Re700)时平板降膜厚度规律和溢流式布膜方式下的润湿特性,设计并搭建了垂直铝板降膜实验台,采用电容测厚技术测量了Re为660～1 390时冷态水膜瞬时厚度的变化情况。利用文献数据着重分析了流动长度和Re对平均液膜厚度的影响,并通过图像处理法计算了加湿过程的润湿面积。实验结果表明:在研究工况范围内,随着Re的增大,液膜厚度的最大值、最小值、平均值、标准偏差、波动振幅均存在上升趋势;不同流动长度处液膜厚度存在较大差异,拟合出流动长度L为0.43 m处的平均液膜厚度的经验关联式,计算值和实验值的相对误差控制在±6%范围内;层流向紊流转换的临界Re约为500,临界Re之后的平均液膜厚度随Re的增长速率要高于之前的;在Re为15～200时,润湿比随着Re增加呈现波动增大的趋势,预测平板最小润湿流量约为0.27。     

强化管表面结构对竖管降膜流动特性的影响

为了研究强化管表面结构对竖管降膜流动特性的影响,搭建了竖管降膜流动冷态实验台,利用光谱共焦位移传感器和高速摄像仪对强化管和光管进行了对比研究。实验中,降膜流量通过调节高位水箱内静液柱高度H和布液器环隙间距Δd控制,使降膜雷诺数Re在0～4 500变化。测试结果表明:当0Re≤2 000时,强化管与光管液膜厚度一致,但当Re2 000时,强化管的液膜厚度逐渐高于光管,且随着Re的增大,二者差值越趋增大;相对于光管,强化管润湿管壁的最小流量约为光管的1/3,明显小于光管,表明强化管有利于液膜的铺展;当降膜流动处于层流时,在入口段强化管与光管的降膜波动特性无明显差别,但光管较先进入充分发展区,随后波动强度逐渐小于强化管;当降膜流动呈湍流时,强化管的波动强度明显高于光管,当Re达到4 200时,在测试范围内强化管的平均波动强度较光管高出约8%,说明强化管的表面结构增强了液膜的扰动,更利于降膜蒸发过程传热传质。以上结论可为强化管用于竖管降膜蒸发器的研究提供有益参考。     

微结构壁面降膜波动的统计特性

采用非接触测量法,考察了以水为实验体系,中等雷诺数Re为30～200,卡比萨数K_a=6.23×10¹⁰,刻有竖条纹和菱形条纹微结构壁面上液膜的波动统计特性,如平均液膜厚度、标准方差、波动振幅量纲一液膜衬底厚度、波动频率等,并与光滑不锈钢板上液膜特性进行比较,结果表明:即使在微结构壁面,液膜波动同样存在光滑进口区,微结构壁面上液膜的平均液膜厚度、波动振幅和波动频率均大于光滑不锈钢板,微结构壁面和光滑不锈钢板上液膜波动性的演变趋势沿流动方向及随Re变化均基本一致。     

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.     

下降液膜流动不稳定性实验研究

下降液膜在第3代压水堆核电站(如API000)中具有重要应用,同时它也广泛应用于多种工业设备和工业过程之中.流动不稳定性是下降液膜流动最重要的特点.该文运用阴影成像法实验研究了下降液膜的流动不稳定性,获得了液膜在不同下降倾角β下的流动图像,分析了液膜扰动波各流动参数之间的关系以及它们对于液膜流动不稳定性的影响.结果表明:对于波长而言,下降倾角的影响远大于雷诺数Re;前后波的融合是下降液膜产生流动不稳定性的重要原因;液膜流动具有区域分布的特点,Re对其具有较大的影响.     

界面湍流下溴化锂水溶液膜流吸收强化的研究

利用降膜吸收试验系统 ,研究了在不同的溶液降膜流动雷诺数 Re下 ,无活性介质和加有3× 1 0 -5质量浓度 2 -乙基己醇的溴化锂水溶液降膜吸收强化过程 .结果表明 ,上述两种情况下 ,降膜吸收随 Re的增加 ,溶液侧平均换热系数和吸收传质系数均增大 ;且在 Re<80下 ,加有 2 -乙基己醇的吸收效果比无活性介质的吸收有明显的增强 ,随 Re进一步增加 ,强化效果逐渐变得不明显 .利用激光全息干涉技术 ,观察了流动液膜吸收过程中膜内溶液温度和质量分数变化引起的干涉条纹变化以及液膜流动的表面状况 .观察到 ,加有活性介质吸收中引起的干涉条纹较无活性介质的分布密 ,条纹要细 ,且液膜表面还出现不规则扰动 .这种扰动是由加入活性介质后吸收中溶液表面张力变化所引起的界面湍流     

竖壁下降液膜受热流动的不稳定性分析

利用液膜自由表面的温度随波动变化的关系,从理论上分析了饱和液膜在竖壁上受热流动因温度不均而存在表面张力波动的流动不稳定性,讨论了波数,雷诺数,壁面和液膜温差的影响。     

旋转液膜反应器内流动机理研究

对旋转液膜反应器的不同设置情况进行了数值模拟。两种设置分别为：内圆台旋转而外圆台固定,外圆台旋转而内圆台固定。模拟结果显示：当Re=200，t>70s时，两种装置内的流动状态的动能均趋于大致稳定状态。通过对压力、速度和壁面剪应力分布的对比分析，发现在相同雷诺数下，与外圆台旋转的装置相比较，内圆台旋转的装置间隙中的流体更容易失稳，更容易产生湍流,表明内圆台旋转的反应器更优。     

垂直及倾斜上升弹状流的实验研究——下降液膜

目的 研究垂直及倾斜上升弹状流中下降液膜的流动特性。方法 采用ＥＫＴＡＰＲＯ１０００型高速动态分析仪测量垂直及倾斜上升管内气液两相弹状流中下降液膜运动速度及其厚度沿Ｔａｙｌｏｒ气泡的变化情况。结果 获得了有关下降液膜流动特性的无干扰流场测量数据。结论 液膜的流动特性与管倾角、气液流速以及Ｔａｙｌｏｒ气流长度有关,其中气泡长度是最主要的影响因素,在高混合物流速下,流动趋于轴对称,此时可忽略倾角的影响     

沿倾斜壁面下降的蒸发/冷凝降膜二维表面波的线性稳定性

基于边界理论和完整的边界条件。采用Collocation方法，推导出了沿倾斜璧面下降的在蒸发，等温和冷凝状态下普遍适用的二维降膜表面波扰动时域演化方程，并分析了不同因素的影响，结果表明：蒸发不利于稳定，冷凝有利于稳定，在蒸发状态下，热毛细力导致其失稳，在冷凝状态下，则促进其稳定，表面张力有促进流动稳定的作用，液膜的稳定性随倾角和雷诺数的增大逐渐减小，随Ka数的增大逐渐加强；在小雷诺数下，液膜的稳定性主要取决于蒸汽压力和热毛细力的变化，在高雷诺数下，则取决于惯性力，流体物性和壁面倾角在整个雷诺数范围内对液膜的稳定性起着非常重要的作用。     

自由下降液膜流动的长波方程的稳定性分析

采用行波方法将长波方程变换为动力系统的自治方程，以分析在渐近稳定状态下自由下降液膜流动的稳定性。通过应用Maple数学软件对自治方程分析求解，获得了以雷诺数，韦伯数和波速为控制参数的特征方程。根据临界点附近的特征值的复数情况，发现在临界点附近不存在霍普夫分叉现象。非线性和线性稳定性分析均表明短波和长波在液膜流动中分别起着不稳定作用和稳定作用。分析表明，行波方法是一种具有简化偏生分方程分析的有效工具，长波方程不适于描述雷诺数较大的液膜流动。     

场协同原理强化管外降膜吸收传热特性实验研究

对基于场协同原理设计的两种强化传热管型进行了LiBr降膜吸收水蒸气过程的传热实验研究,并与光滑铜管作比较,考查该传热管型在吸收过程中的强化作用.实验测量参数包括;溶液进出口温度、浓度,流量,冷却水进出口温度、流量等.实验结果表明,两种强化传热管型在低雷诺数时对LiBr降膜吸收传热的强化比分别为20%和50%,而且随着雷诺数的增大而增大.利用场协同理论和降液膜流动的波动特性分析了强化降膜吸收过程传热特性的物理机制,发现速度矢量与温度梯度的夹角及降液膜厚度形成的阻力对对流换热有一定影响.     

基于局域波分解的循环射流混合槽内压力脉动信号时频特性分析

为了探讨循环射流混合槽射流混合区内瞬态流动特性,在Re=3660~32940范围内利用动态数据采集系统对射流混合区内不同轴向、径向和周向位置的瞬态脉动压力进行了测量,并采用基于局域波分解的方法分析了循环射流混合槽内压力脉动信号的时频分布。研究表明：瞬态压力波动信号的波动能量分布随瞬时频率的提高明显降低;在θ_m=π/6和π/3时,频率集中分布在为0~0.25Hz,而θ_m=π/4和θ_m=5π/12时,瞬时波动频率主要分布在0~6Hz和0~20Hz。低雷诺数下流体运动随机性频繁,Re=3660时存在32Hz,25Hz,7Hz和5Hz等多个频率集中分布段,而Re=18300和Re=25620时频率范围为0~8Hz和0~3Hz。随着测量位置z/H增加,0~1Hz内低频能量比例先减小然后增加再减少;z/H=0.85时受到自由液面的影响,集中能量频率分布范围较其他轴向位置要广,且0~5Hz低频能量比例减少。     

下降管内壁激冷水降膜流动特性

为了研究Texaco气化炉激冷室下降管内气液两相流动特性,在不考虑气液两相热质传递的条件下,采用数值方法探讨了激冷水流量、入口气体速度对下降管内壁降膜的流动特征、流型与断裂所产生的影响.结果表明,随着激冷水流量增大,下降管内壁降膜连续性越好,气体速度对降膜结构的影响相对较小.当激冷水流量保持不变的情况下,降膜入口速度对降膜连续性的影响比降膜入口厚度的影响显著,增加降膜入口速度对抑制降膜断裂具有更为重要的作用.     

水平管降膜换热器性能规律研究进展

水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点，被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展，综述了不同操作参数（气体温度、流向及流量，溶液流量、温度及浓度，内部媒介流量及温度等）与结构参数（管径、管间距等）对水平管降膜管间流型、液膜厚度与润湿性等流动特性的影响规律，以及对蒸发传热特性、吸收传热传质特性等换热器性能的影响规律，包括整体性能和局部微细特征，为水平管降膜换热器的性能优化提供理论支撑。指出在不同气流特征以及多因素相互作用下多维度的局部流动与传热传质性能的耦合影响规律以及强化换热手段会是水平管降膜换热器未来研究的重点方向。