水平管降膜管间流态的数值模拟

目的研究水平管外液膜流动状态的转变规律,模拟分析流量、管径、管间距等对管间流态的影响和液体对管壁的润湿程度.方法建立水平管降膜流态数学模型,通过fluent软件进行模拟计算,分析水平管间溴化锂溶液流态转变过程.结果溴化锂溶液比水具有更好的布膜效果和稳定性.当水平管临界值Re≤34时,管间流态为滴状;34Re≤122时,管间流态为柱状;当122Re≤219时,管间流态为帘状.流动区时间t=0.02 s为自由下落区、t=0.04 s为冲击区、t=0.05 s为发展区、t=0.08s为充分发展区、t=0.1 s为尾流区,圆管的顶部区域会出现压力的最大值,而速度的最大区域出现在圆管的下半部分的充分发展区.管径为14 mm的圆管完全润湿的最小流量为0.01 L/s.结论随着管间距或管径的增加,管间流态向上一级流态转换.管间距增加,流态为滴状时无明显变化,流态为柱状时两管之间流体变细,流态为帘状时不能形成稳定连续流体,随着流量的增大,形状的变化越明显.其结果可为蒸发器、冷凝器、除湿器等热质交换设备的设计和性能研究提供理论指导.     

降膜吸收CO2水平管外滴状流的脉动特性数值模拟

液滴的瞬态行为对强化水平管降膜吸收CO₂装置的性能至关重要。基于VOF（volume of fluid）方法建立了滴状流降膜吸收CO₂的二维模型，引入液滴下坠长度与无量纲时间来分析滴状流降膜吸收CO₂过程中的液滴脉动与管间距和雷诺数Re的关系。结果表明：液体在换热管下侧堆积直至形成液滴的过程中，受到重力、表面张力与惯性的相互作用，液滴的移动方向出现了多次反转；液滴脉动过程中，由于摩擦阻力的存在，随着无量纲时间的增加，液滴脉动幅度逐渐减小；由于管间距的增加提高了液滴在换热管底部交汇时的动能，导致随着管间距的增加，液滴的脉动次数与脉动幅度逐渐增加；在Re不断增加的情况下，液滴滴落速度的减小导致液滴的脉动次数与幅度也逐渐减小。     

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。     

吸收器降膜和滴状吸收过程数值模拟分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器,考虑润湿比、变膜厚和横向对流作用,建立了描述管表面的降膜流动和管间滴状吸收传热传质耦合过程的数学模型,采用涡量流函数法进行数学模型求解。根据数值计算结果,分析了溶液温度、浓度和吸收速率沿管排不同位置和水平管管间的变化,以及溶液喷淋密度和进口浓度对吸收器整体传热传质性能的影响。结果表明,提高喷淋密度可以改善吸收器传热性能,提高溶液进口浓度可改善传质性能,滴状吸收过程约占总吸收量的20%。与实验数据的对比说明建立的数学模型是合理的。     

基于仿生结构对水平管降膜蒸发换热的模拟

水平管降膜蒸发器是广泛应用于海水淡化和化学工业等方面的换热设备。建立了三维数值模型,采用VOF(volume of fluid)方法结合UDF(user defined function)程序对水平管外降膜蒸发过程的换热特性进行了数值模拟研究,深入研究了光管和强化管针对不同管间距、喷淋密度、蒸发温度和管径对液膜厚度以及平均传热系数的影响。模拟结果表明：在相同条件下,强化管的平均传热系数要明显高于光管,可见基于仿生学原理优化换热表面结构能有效提高水平管外降膜蒸发的换热效率。光管和强化管的平均传热系数随着蒸发温度的升高都呈上升趋势,随喷淋密度的增加呈先上升后减少的趋势。光管和强化管的平均换热系数随管间距的增大而增大,随喷淋密度的增加呈先增加后减少的趋势;换热管的平均传热系数随着蒸发温度升高而升高,随喷淋密度的增加呈先上升后下降的趋势。     

水平管间溴化锂溶液滴状降膜流动分析

对溴化锂溶液在水平管间的实际液滴流动过程进行了记录分析,以改进目前滴状降膜吸收数值模型中的理想化球形液滴假设.使用高速摄像机,对16 mm管间距下溴化锂溶液滴状流动过程进行了拍摄.采用图像边缘识别技术、样条拟合和二维曲线旋转积分方法,得到了液滴表面积和体积关于时间的变化关系.根据液滴的发展特点,将管间液滴形成划分为悬垂拉伸、不稳定液柱和破裂降落3个阶段,据此提出了不同溶液流量下液滴形成的预测模型.管间液滴表面积和体积发展的预测曲线与实测结果吻合较好.该模型可以在滴状降膜传热传质数值计算中得到应用.     

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".     

水平管外海水降膜蒸发传热特殊现象分析

以低温多效蒸发海水淡化装置中的水平管降膜蒸发过程为研究对象,对海水水平管降膜蒸发的传热系数在不同蒸发温度、雷诺数(Re)等条件下沿圆周角方向的分布特征进行了实验研究.研究结果表明:海水作为实验流体时,传热系数随蒸发温度的升高而降低,随Re的增大而呈现先升高,达到最大值后略微降低的趋势,随圆周角的增大而先减小后增大.     

水平管外降膜蒸发传热性能实验研究

建立了降膜蒸发实验台,研究了在低压状态下水平管喷淋降膜蒸发的传热性能.实验蒸发管分别使用光管和某种型号强化管.实验测试了管子结构、喷淋流量以及在喷淋液中加入添加剂对换热的影响.结果表明,喷淋流量增大,管外换热系数和总传热系数都会有一定的增加,当增大到一定程度会出现换热效果变差的情况.强化管的总传热系数比普通光管高62%.本次实验使用的质量分数为4.15%的添加剂对于换热无强化效果.     

低压蒸汽横掠水平降膜管束流动阻力实验研究

采用模拟方法对海水淡化装置中大型水平管降膜蒸发器内的流动过程进行实验研究。管束采用海水淡化装置中广泛应用的正三角形和转角正方形排列,其管间距为1. 3倍管外径。实验在饱和温度为50~70℃,喷淋密度为0.02~0.08 kg·m-1·s-1的条件下进行。分析了管束排列方式、喷淋密度和饱和温度等因素对流动阻力的影响。实验结果表明,流动阻力在正三角形管束下比在转角正方形管束下大得多引入Re_l,Re_g,s_lo/D,s_tr/D等参数来表征各个影响因素并用来拟合有降膜流动时蒸汽横掠管束的压降预测公式。新拟合的公式误差在±15%以内。     

同轴换热器内流动与换热的实验研究

采用实验的方法以水为介质研究了同轴换热器内的流动与传热,Re为3×104～10×104.对具有不同螺距两根内管管内的摩擦阻力及同轴换热器整体换热性能进行了实验研究,研究表明:管内摩擦自力系数是相同情况下圆管的3～3.5倍.采用数值计算的方法揭示了同轴换热器管内外流场特征.     

水基纳米流体在竖直毛细管中的气液两相上升流流型特性

研究了在内径为1.6 mm的竖直玻璃毛细管圆管内的氮气-CuO水基纳米流体的上升两相流流型分布图.首先对毛细管内氮气-去离子水的两相流流型进行实验研究,并与常规管的半理论半经验公式进行了比较.然后在水中添加不同比容积的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和CuO纳米颗粒制备成纳米流体,对氮气-纳米流体在垂直毛细管内的流型图进行了测量.研究发现,和常规管相比,毛细管内气-水两相流各种流型的转化在较低的流速下就已产生.使用纳米流体后,毛细管内的气液流型转化在更低的流速下产生.纳米流体对两相流流型的影响主要是由于添加表面扩散剂SDBS和纳米颗粒后降低了溶液表面张力而产生的.纳米流体中的纳米颗粒和表面扩散剂浓度对流型图几乎无影响.     

横掠周期性密集管束流动换热的数值模拟

在较宽的雷诺数范围内,使用CFD软件、SIMPLE算法和QUICK格式,对流体横掠不同管间距的顺排密集型管束,在周期性充分发展段的流动换热进行了数值模拟.选用几何间距与经验公式中相同的管束模型进行计算,将数值结果与前人已存在的经验公式和实验结果进行比较,确保数值模拟方法的正确性.通过分析3种不同计算模型的流场、换热系数等,验证了针对高度密集管束采用周期性边界条件和对称性边界条件的合理性.将其与大间距顺排管束的流动换热特性进行对比,结果表明,密集管束换热系数最高可达大间距管束换热系数的3倍,可为工业上换热器管排布置方式提供参考.     

空气横向掠过花瓣状翅片管传热强化性能研究

本文报道空气横向掠过花瓣状翅片管的传热强化实验研究结果，分析比较了七种花瓣状翅片管的传热强化机理与性能，给出了包括翅片参数在内的传热准数与流体阻力系数关联式，找出了较佳翅片参数范围。本文还比较了花瓣状翅片管与波纹状高翅片管的传热强化性能，比较结果表明，花瓣状翅片管在节省空气换热器管材消耗方面明显优于波纹状高翅片管。     

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。     

毛细管两级串联节流特性

基于单根绝热毛细管模型建立了绝热毛细管的两级串联节流模型,并根据房间空调器的相关实验数据进行了验证,以两级毛细管的同何尺寸（内径和管长）为变化参数,通过模型对串联节流流量特性进行了仿真和分析,发现了流动壅塞位置的多样性及其对流量的影响,提出了可以指导房间空调器中串联毛细管设计的两点结论：高压连接管只要满足一定的几何尺寸范围就能起到辅助节流的作用;热泵工况下辅毛细管的内径是影响流量的主要参数。     

R－12蒸气在三维内翅管中凝结流动的传热及流阻特性

报道了Ｒ－１２蒸气在三维内翅管中的流动冷凝实验，结果表明：与光滑面相比，Ｒ－１２蒸气在三维内翅管中的凝结换热系数增加了１０７％，而流阻只增加了１８％，并对此进行了相应的分析，建立了预测传热性能和流阻的关联式。     

混凝土和钢管的力学性能和变形特点研究

对强度分别为54 MPa、83 MPa、116 MPa的混凝土和壁厚分别为1．0 mm、2．0 mm、4．7 mm的钢管力学性能和变形特点进行了研究。结果表明:混凝土强度越高,应力-应变关系线性段比例越高,横向变形越小,说明越接近均质材料。在受压条件下壁厚4．7 mm的钢管屈服后,荷载仍缓慢上升;壁厚2．0 mm钢管,达极限荷载后缓慢卸载,而壁厚1．0 mm的钢管在弹性阶段达极限荷载后突然卸载,表现为弹性失稳破坏。用澳大利亚标准AS4100-1900计算薄壁钢管的强度最为准确。