弯管流量计的研究和应用

介绍了重点国家级火炬计划项目“ZLRJ智能弯管流量计”（现已由技术监督局统一为ZWL型智能弯管流量计）的理论研究和实验研究的内容，重点围绕主体实验研究的内容展开，理论研究突出阐明了弯管流量计类似一种整流装置，主流动和压力差具有严格对应性，给出了二次流影响的形式和程度，而系统的实验研究内容则给出了弯管流量计可以达到1．0级测量准确度的规模化生产条件，在特别提出了流量系数随管径变化问题的同时，也给出了在低粘度介质中不随流速及雷诺数变化的结果。     

弯管流量计的研究和应用

介绍了重点国家级火炬计划项目"ZLRJ智能弯管流量计"(现已由技术监督局统一为ZWL型智能弯管流量计)的理论研究和实验研究的内容,重点围绕主体实验研究的内容展开.理论研究突出阐明了弯管流量计类似一种整流装置,主流动和压力差具有严格对应性.给出了二次流影响的形式和程度.而系统的实验研究内容则给出了弯管流量计可以达到1.0级测量准确度的规模化生产条件.在特别提出了流量系数随管径变化问题的同时,也给出了在低粘度介质中不随流速及雷诺数变化的结果.     

风力送丝系统中S型弯管内纯空气流的阻力受管形影响研究

为减少烟丝气力输送系统阻力损失以提高系统风力利用率，对系统中S型弯管的流场特性与阻力特性进行了研究．用Fluent软件模拟了纯空气通过S型弯管时管内流场特性及S型弯管内的压降，分析了弯管夹角（θ）、弯管曲率半径（r）与料管直径（D）之比对S型弯管流场特性及其压降的影响．研究发现，单位长度S型弯管的压降随弯管夹角及弯管曲率半径增大而减小，弯管夹角（θ）和弯管曲率半径（r）与料管直径（D）之比的最佳取值范围分别为θ≥75°和6≤r／D≤15．所得到的结论为优化设计S型弯管提供了参考．     

水平弯管内气固两相流的试验研究与数值模拟

在低压浓相气力输送试验系统中,采用石膏粉为输送物料,进行水平弯管气力输送试验,并采用ANSYS软件对水平弯管气力输送进行数值模拟。通过试验,得出弯管的压力降随弯曲角度的增大而增大、随曲率半径的增大而减小的变化规律,并拟合出压力降与各输送特性参数之间的理论关联式;模拟结果显示,随着弯曲角度的增大,弯管内侧与外侧的压强之比愈来愈大;固相与气相的分布梯度更加明显,固相偏向外侧,气相偏向内侧,呈现更加复杂的紊流。     

弯管内成品油顺序输送混油数值计算

为了研究弯管对成品油顺序输送混油量的影响,采用volume of fluid（VOF）多相流模型,通过改变水平弯管的弯曲角度、曲率半径与竖直双弯管油品的输送顺序、方向及速度等因素,对水平弯管和竖直双弯管两种状态下成品油顺序输送进行三维数值模拟。结果表明：成品油在不同弯曲角度水平弯管中顺序输送时,随弯管弯曲角度增大,弯管处流场变化对混油段干扰加剧,混油量加大;在不同曲率半径水平弯管中输送时,随着弯管曲率半径增大,混油“双前锋”效应减弱,顺序输送过程中的混油段也相应缩短;成品油在竖直双弯管中顺序输送时,对于油品上行,汽油前行比柴油前行产生的混油量少,对于油品下行,相同输送顺序下结果则正好相反;当油品上行、汽油前行时,增大油品输送速度,紊流径向脉动加剧,油品间轴向扩散减小,混油段明显变短。     

弯管中的气液两相流水击现象

以 90°弯管为研究对象 ,对气液两相流水击压力波在弯管中的传播和衰减规律进行了实验研究 .实验弯管采用曲率半径与管径比R /d分别为 1.9,2 .5 ,3.2 ,3.8;含气率范围为 0～ 1.7% ;表观液速为 0 .2 3～ 1.6 4m/s .得出了弯管中内外两侧不同部位水击压力及其随含气率、流速变化的规律 .压力波在弯管中的传播与在直管中差异很大 ,弯管外侧压力明显大于内侧 ,在弯管出口与入口直管段处两侧压力相同 ,形成压力环 .压力环形状受含气率影响最大、表观液速次之、曲率半径影响最小 .经过弯管后水击压力有不同程度的衰减 .随着气含率的增加 ,压力衰减加快     

直埋供热管道直角弯管热-力耦合分析

针对直埋热水供热管道弯管受力的复杂性,基于土弹簧模型建立了三维热-力耦合有限元模型,分析了直埋直角弯管应力的主要影响因素,给出了缩短弯臂长度的热-力耦合有限元模型。建模中管土相互作用考虑了介质的重力和覆土重力等的作用,弯头管段的边界条件施加在2个弯臂端头。结果表明,直埋弯管在温升作用下的峰值应力远大于内压作用下的峰值应力;直埋弯管的一次应力随管道壁厚、管道埋深的增加而降低,随内压、弯头曲率半径的增加而增加;直埋弯管的二次应力随管道壁厚的增加而降低,随内压、埋深、温升、弯头曲率半径、弯头端部位移的增加而增加;弯头截面竖向椭圆化对弯头是有利的,而横向椭圆化是有害的;地面荷载作用使弯头最大当量应力减小,对弯头起保护作用。该研究旨在为直埋管道的安全性分析提供帮助。     

拟塑性流体在六直叶搅拌器中的模拟与比较

针对六直叶搅拌器中拟塑性流体羧甲基纤维素钠(CMC)溶液在低雷诺数下的过渡流动,采用层流模型及大涡模拟方法研究其流动的特点。基于搅拌器缩放的目的,将水加入对比。在对计算方法验证的基础上,重点分析了不同质量分数的CMC溶液搅拌时的流场脉动动能、功率准数以及混合时间随雷诺数的变化规律。在对数值结果综合分析的基础上,以减少功耗为目标,对不同雷诺数范围的搅拌操作提出了建议,为实际应用中具有类似CMC溶液剪切变稀特点的物料搅拌操作提供参考。     

40°～90°供热直埋折角弯管的数值分析

利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,分析弯管折角角度、曲率半径、管径、壁厚和循环工作温差对40°~90°供热直埋折角弯管应力的影响规律.根据计算结果绘制不同影响因素与折角弯管最大应力曲线图.结果表明:随着弯管折角角度、曲率半径、管径、壁厚的增加,弯管最大应力值呈递减趋势;随着循环温差的增加,弯管应力最大值逐渐增大.     

玻璃质微通道流动阻力特性的数值模拟

针对湿法刻蚀玻璃微通道截面具有圆角形状的特性,采用Fluent6.3软件,对以水为介质的圆角形微通道内的流动特征进行数值计算研究。基于层流流动模型,对不同雷诺数Re、不同形状因子下圆角形微通道的流动压降进行数值模拟;通过结果整理与分析,拟合圆角形微通道Poisueille数Po随截面形状因子α变化的经验公式,即Po=10.161 1-2.408 5α+0.166 0α2+0.480 9α3-0.197 9α4+0.023 4α5;对此经验公式在不同微通道截面和不同黏度流体流动条件下的适应性进行了验证。研究结果表明:雷诺数与截面形状对圆角形微通道流动压降有很大影响;当截面宽度一定时,压降随雷诺数和形状因子的增大而增加;在所研究的雷诺数范围内,圆角形微通道Poiseuille数不随雷诺数的变化而变化,而随截面形状因子的增大而减小;当雷诺数0.01≤Re≤40、截面形状因子0.4≤α≤3.2时,本文中介绍的圆角形微通道阻力系数经验公式均适用。     

an偏心机头流道速度分布的三维有限元分析

应用大型有限元分析软件ANSYS对物料在偏心弯管机头内部流道中的流动情况进行了分析。建立了有限元模型，并根据加工的实际情况选取物料，施加边界条件和载荷。分析结果表明，挤出橡胶弯管的曲率半径主要取决于物料在偏心机头流道最大间隙和最小间隙Z方向的速度差，X，Y方向的速度与Z方向的速度相比可以忽略不计。由计算结果可知，当偏心机头的偏心距超过2mm时，挤出弯管就会发生破裂，说明偏心机头生产弯管只适用于偏心距较小的情况。     

竖直L形弯管中气液两相流压降特性

为探究重力作用下弯管的最佳几何形态,本文采用Fluent中的Realizable k-ε紊流模型结合Mixture两相流模型对竖直条件下L型弯管中气液两相流的压降特性进行了系统的数值研究。具体针对不同的弯径比R/D(R/D = 1~7)、气相体积率α(α = 0~0.3)和液相雷诺数Rel(Rel = 2.9×104^~2.1×105⁾条件,对弯管内气液两相流的压力和速度分布进行了深入剖析,并系统探究了压力损失随R/D、α以及Rel的变化规律,最终得到了一定范围内L型弯管压力损失的最佳弯径比。结果表明,在Rel = 88 690的工况下,0.05 < α < 0.3时,弯管的最佳弯径比约为2;在α = 0.2的工况下,Rel < 29 856时,弯管的最佳弯径比约为1,Rel = 59 713~149 282时,弯管的最佳弯径比不断增大,Rel > 179 139时,弯管的最佳弯径比约为4。     

稠油输送管道90°弯管的冲蚀模拟分析

为了研究重质稠油内砂粒对弯管的冲蚀作用,以90°弯管为研究对象,运用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）软件建立液固耦合的离散相冲蚀模型（discrete phase model,DPM）,利用SIMPLEC算法计算得到不同温度、砂粒粒径及质量流率下重质稠油输送管道弯管处冲蚀速率的变化规律。结果表明,同一流动状态下,随着温度升高,重质稠油的黏度及90°弯管的冲蚀速率皆呈指数递减趋势,最大冲蚀点出现在弯管90°方向线与侧壁面中线交点处;湍流流态下,90°弯管的冲蚀速率随砂粒粒径的增大而减小,稠油的黏性力对大粒径砂粒的束缚作用明显,冲蚀速率较低;湍流流态下,冲蚀速率随砂粒质量流率增加而增大,近壁面处砂粒与稠油间形成的黏性微团层对质量流率增加所引起的冲蚀具有一定缓解作用。     

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。     

高温高压蒸汽管道颗粒运动及分离特性研究

为了彻底解决锅炉管系脱落的氧化皮颗粒对汽轮机叶片冲蚀损伤、阀门卡涩、抽汽及疏水系统堵塞等问题,以某超超临界汽轮发电机组主蒸汽管路为原型,对蒸汽管道内的汽固两相流动进行了系统的数值模拟分析,探索了颗粒尺寸、蒸汽参数、弯管曲率半径对氧化皮颗粒运动行为的影响。在此基础上,利用蒸汽管道原有弯管结构设计了弯管颗粒分离器,并对其分离特性、压损特性和热力系统经济性进行了系统的计算分析。结果表明：氧化皮颗粒进入蒸汽管道弯管后,在离心力作用下,所有尺寸颗粒均会向管道压力面逐渐贴近集中,颗粒尺寸越大,弯管的曲率半径越大,蒸汽参数越低,氧化皮颗粒在弯管出口截面上就越集中;在最佳抽汽占比M为0.50%工况下,弯管颗粒分离器对100μm以上氧化皮颗粒的分离效率达到90%以上,分离装置对主蒸汽产生的压力损失约为21 kPa;提出将分离后的汽固两相混合物净化后输送到最高参数的高压加热器进行回收利用的方案,不同抽汽比工况下颗粒分离和蒸汽回收工艺对机组热耗和功率的影响均小于0.2%。该研究结果对于延长火电机组关键设备高效服役寿命具有重要意义。     

周期性环肋通道内的流动和换热

用非稳态数学模型对包含入口段的带肋环形通道内的流动和换热进行了数值模拟.在肋片参数Sp/D=0.187 5、Sp/D=1.125,雷诺数在400～800范围内,流动和换热都出现了自维持振荡特性,且入口段后,各几何周期的速度场、无因次过余温度场基本相同,随时间的变化规律也基本相同.肋片高度增加,平均努塞尔数和摩擦阻力系数增加.肋片间距增大,对摩擦阻力系数影响较小,对努塞尔数影响较大.雷诺数增大,努塞尔数增大,阻力系数减小.     

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".     

准流线型桥梁断面涡激共振的雷诺数效应

为了研究准流线型桥梁断面涡激共振的雷诺数效应,通过改变模型尺度实现雷诺数的改变,并在模型表面布置测压点,进行风洞试验。测量了大、小2种模型风速与振幅的关系及各测点的风压时程,分析了振动频谱、扭矩系数时程及各测点脉动压力频谱随雷诺数的变化规律,揭示了扭转涡激振动的雷诺数效应。研究结果表明,脉动压力频谱的雷诺数效应引起了扭矩系数时程的雷诺数效应,从而引发振动频谱的雷诺数效应,最终导致了流线型桥梁断面扭转涡激振动的雷诺数效应。     

三维晶格玻尔兹曼方法模拟动脉弓内的流场

简要介绍了三维晶格玻尔兹曼方法,它是模拟流体流动以及为复杂物理现象建模的一个新工具.应用三维晶格玻尔兹曼方法对动脉弓模型的流场在不同雷诺数情况下进行模拟,给出了弯管内的轴速度、二次流和壁面剪切应力的分布特征,并对结果进行了详细的分析.     

弯管流量计流量系数的试验研究

提出了弯管流量计的理论公式及其流量系数的理论，在大量试验的基础上对影响弯管流量计流量系数的诸因素如：雷诺数、弯管的几何形状、上下游直管段长度、取压孔方向、弯管的管壁粗糙度以及二次流等进行了分析，从而丰富了弯管流量计的理论和设计。