液化天然气浸没燃烧式气化器数值模拟方法研究

为了考察在一定设计尺寸下液化天然气(LNG)浸没燃烧式气化系统的天然气出口温度能否达到生产要求,建立了对整个浸没燃烧式气化器(包含燃烧室、下气管和LNG换热器3部分)中一系列流动和传热的数值计算模型。在燃烧室中,采用灰气体加权和模型(WSGGM)计算烟气的吸收系数,利用DO模型求解辐射传递方程,并在考虑对流和辐射的混合传热作用下计算出火焰罩的壁面温度以及烟气、二次空气出口的平均温度;在LNG换热器中,对流体物性剧烈变化的管程进行分段处理并采用两相流体模型来模拟壳程中气液两相的流动和传热过程,在分别获得管壳两侧的平均传热系数后用以计算总的换热系数。所获得的管程和壳程对流换热系数和关联式与已有的文献值符合良好。壳程入口气体温度在500~700℃的范围内变动时,壳程出口气体温度与壳程水浴平均温度略微升高,同时壳程水浴湍动能降低,换热系数稍有减小。模拟获得的天然气出口温度可维持在15℃左右,能满足生产需要。     

冬季工况下入口参数对再生器性能的影响

由于缺少再生器在冬季工况下的性能数据,再生器的设计、运行等都无法根据冬季工况进行.为此,文中搭建了冬季工况下再生器入口空气和溶液参数对再生器性能影响的实验台,得出再生溶液为LiCl溶液时入口空气和溶液参数对再生器出口空气及溶液参数的影响规律如下:出口空气温度、出口溶液温度及出口空气含湿量随入口溶液温度和入口空气温度的升高、入口溶液质量流量以及入口空气含湿量的增大而提高,随入口空气质量流量的增大而降低;增大入口溶液中LiCl的质量分数会使出口空气温度和出口溶液温度升高,而使出口空气含湿量减少.文中还建立了再生量和再生效率的关联式,该关联式可用于冬季工况下再生器的设计、运行及性能研究.     

I型太阳能空气集热器传热性能分析

研究了太阳能空气集热器I型的传热性能，建立了基于一维假设下的热量传递的数学模型，导出了准静态条件下沿程温度分布、出口温度、全天集热效率的近似解．通过计算，分析了进口温度、工质流速、流道深度对集热器传热性能的影响，计算结果表明全天集热效率随工质流速的增大而增大、随进口温度的升高而急剧下降、随着流道深度的增加，集热效率迅速增大到最大值后逐渐减小．     

Ⅰ型太阳能空气集热器传热性能分析

研究了太阳能空气集热器Ⅰ型的传热性能,建立了基于一维假设下的热量传递的数学模型,导出了准静态条件下沿程温度分布、出口温度、全天集热效率的近似解.通过计算,分析了进口温度、工质流速、流道深度对集热器传热性能的影响,计算结果表明全天集热效率随工质流速的增大而增大、随进口温度的升高而急剧下降、随着流道深度的增加,集热效率迅速增大到最大值后逐渐减小.     

烧结矿余热回收竖罐内气固传热过程数值分析

以某钢铁企业年产390万t烧结矿为研究对象,基于多孔介质理论和局部非热力学平衡双能量方程模型,建立烧结矿竖罐内气固稳态传热模型,并借助Fluent软件及其二次开发平台,以回收的空气热量和空气为判定基准,对不同操作参数对竖罐内气固传热过程的影响进行模拟研究。研究结果表明:回收的空气热量和空气随烧结矿入口温度的升高而逐渐增加,随烧结矿颗粒直径的增大而逐渐减少;随着气料比的增加,回收空气热量的增加趋势逐渐变缓,空气则呈现出先增大后减少的趋势;随着空气入口温度的升高,回收的空气热量逐渐减少,空气则逐渐增加。在实际操作工况改变时,通过气料比的调节可达到最佳气固换热效果,获得最大的空气。     

土壤-空气换热系统传热的数值模拟

采用土壤自然温度场与空气冷却效应的叠加方法,对土壤-空气换热系统的出口温度和传热性能进行了数值模拟,并通过计算探讨了埋管的深度、管长和管径对换热器进出口温度的影响．分析结果表明,换热器的出口温度随着埋管入口温度的周期性变化而呈周期性变化;随着埋管深度和管长的增加,换热器的出口温度降低,同时出口温度的变化幅度减小;随着管径的减小,埋管出口温度降低,出口温度波动减小,换热系统的降温供冷性能提高。     

气流床气化的洗涤冷却室性能模拟及(火用)分析

基于Aspen Plus工业系统流程软件,建立了气流床气化系统中的洗涤冷却室模型,模拟预测了入口合成气的温度、压力和洗涤冷却黑水的温度、水量等操作参数对洗涤冷却室出口合成气水汽比的影响,并对洗涤冷却过程进行了热力学分析。模拟结果表明:入口合成气或洗涤黑水的温度升高使洗涤冷却室的温度升高,出口合成气的水汽比增大;出口合成气的水汽比随进口合成气的压力升高而减小;洗涤冷却室入口黑水流量增大,出口合成气的水汽比有所降低。对洗涤冷却室的分析的结果表明:随着洗涤冷却室室内压力增大和入口合成气温度的升高,洗涤冷却过程的损失增大。     

管式换热器传热系数的研究

研究影响传热系数的因素,包括换热器几何结构和列管换热器的不同管程流动分布的影响,以便在设计过程中合理调整结构参数,使换热器提高传热性能.通过对换热器结构、流动状态、管程流动分布变化的实验,处理并分析实验数据,得出在套管换热器内,插入强化丝不仅可以增加空气侧对流传热系数,而且对蒸汽侧对流传热系数也有提高作用,空气流速越快,效果越明显;列管换热器中,单管流动总传热系数最大,随着流通管数的增加,流速降低,传热系数降低.插入强化丝导致流动阻力增大、速率减小、边界层变厚、热阻增加、强化效果不理想.     

日光温室热湿环境作用下土壤-空气换热器动态换热特性的试验研究

针对土壤-空气换热器空气降温运行时的换热特性进行了试验研究,分析了入口空气温度和换热管长度对土壤-空气换热器出口空气温度和单位管长换热量的影响;并结合空气在换热管内的降温数据,采用非线性回归方法建立了换热管出口空气温度与入口空气温湿度、换热管长度、管内空气平均流速的函数关系式;并验证了其准确性。试验结果表明,换热管越长,管内流速越低时,出口空气温度越小,波动幅度也越小;土壤-空气换热器进出口空气温差与入口空气流速成反比,而单位管长换热量与入口空气流速成正比。当管内空气平均流速从4.5 m/s降至0.5 m/s时,进出口空气温差从3.97℃升至6.18℃,而单位管长换热量从11.59 W/m减至1.79 W/m。从增强土壤-空气换热器整体换热性能的角度考虑,管内最佳空气平均流速为5.9 m/s。研究结果对于土壤-空气换热器的结构设计优化和换热性能提高具有重要的理论和实际意义。     

烧结烟气鼓泡脱硫的三维数值模拟

对钢铁行业烧结工序的烟气脱硫过程进行了数值模拟研究,以220 m2烧结烟气脱硫塔为模拟对象建立了鼓泡脱硫塔气液流动与脱硫反应耦合的三维数理模型,考察了Ca(OH)2浓度、表观气速、入口烟气温度、入口烟气SO2浓度对烟气中SO2脱除率的影响.以表观气速0.11m/s、入口烟气温度418 K、入口烟气SO2浓度1 600 mg/m3、Ca(OH)2浓度0.614 mol/L、浆液温度323 K为基准工况,逐一改变单个运行参数.研究结果表明:当Ca(OH)2摩尔浓度为0.1~0.614 mol/L时,脱硫率随浆液中Ca(OH)2浓度的增加显著增大;当表观气速为0.07~0.21m/s时,脱硫率随流速的增大而降低;当入口烟气温度为370~445 K时,脱硫率随温度的增大而降低;当入口烟气SO2浓度为2 000~2 400 mg/m3时,脱硫率随入口烟气中SO2浓度的增加有所降低.     

载气强化热虹吸垂直管传热研究

将空气作为载气，研究了水-空气物系及不同浓度羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液在不同的真空度和载气流速条件下其平均传热膜系数的变化规律．结果表明，平均传热膜系数随着载气流速的增加而增大，载气流速较小时，平均传热膜系数增加较大；当载气流速达到一定程度时，其变化趋缓；同时平均传热膜系数随着真空度及CMC浓度的增加而降低．将载气强化传热的关联式对实验数据进行了预测，计算结果与实验值吻合较好，其偏差介于-31．581％～ 23．077％之间，平均误差为13．17％．     

椭圆截面螺旋铜管换热器传热性能分析

为了得到具有更高传热特性的换热装置，在椭圆截面螺旋铜管(ESSCT)换热器内安装螺旋折流板和中空管，对其进行了结构改进。采用双向流固耦合计算法，研究了不同入口流速和不同ESSCT截面横纵向半径比(e)条件下，改进后ESSCT换热器的振动强化传热特性。研究表明，可将传热元件由传统的圆形截面变为椭圆形截面来获得具有更高传热性能的换热设备。当截面为椭圆形(e≠1)时，ESSCT的传热性能获得了不同层次的改善。尤其当e=2时，ESSCT的传热性能获得了最大幅度的提高，此时换热器综合强化传热性能最强。ESSCT的平均面均传热系数(SAHTC)和强化传热评价指标(E_pec)及其增幅均随入口流速增加而增大。此外，单位压降下的SAHTC在低流速时效果更明显，其随入口流速的增加而减小。研究结果对新型ESSCT换热器设计应具有一定的指导意义。     

侧面进风逆流式露点蒸发冷却器性能的数值研究

为了探究侧面进风逆流式露点蒸发冷却器的结构参数对其性能的影响,建立了描述冷却器内热湿传递过程的二维数值模型,对不同入口长度、通道宽度、通道长度以及不同通道长度与入口长度之比条件下,冷却器的出口温度、湿球效率和露点效率进行了分析比较。结果表明:随着入口长度的增加,冷却器的冷却效率先增加后降低;当入口长度小于0.15 m时,冷却器出口温度随通道宽度的增大而升高;当入口长度大于0.15 m时,出口温度随通道宽度的增大先降低后升高;增加通道长度以及通道长度与入口长度之比可提高冷却效率,通道长度与入口长度之比建议控制在3到5之间。研究结果可为优化侧面进风逆流露点蒸发冷却器的结构参数,提高冷却器的冷却效率提供理论指导。     

小通道内高参数火箭煤油流动传热特性研究

为探究火箭煤油在实际工程应用中的流动传热特性,在直径为2 mm、壁厚为0.5 mm的水平圆形小通道内进行了实验研究,实验参数为压力25 MPa、热流密度2～35 MW·m~(-2)、质量流速8 000～48 000 kg·m~(-2)·s~(-1)。根据实验结果,讨论了质量流速、工质入口温度和热流密度对火箭煤油流动传热特性的影响,拟合得到了高参数火箭煤油的对流传热关联式,并引入概率密度函数(PDF)来减缓超临界煤油热物性随温度的剧烈变化。结果表明:超临界压力下煤油传热类似单相液体强制对流传热,传热系数沿流向递增;质量流速、入口油温和热流密度的增大均可带来传热强化。低雷诺数下,质量流速越大,入口油温越低,流阻越大;雷诺数大于10~5时,摩擦阻力系数主要取决于管壁相对粗糙度,与雷诺数无关。新的拟合传热式考虑了各物性参数的影响,可将平均预测偏差降至7.3%;同时,基于PDF的传热模型可以平滑拐点温度附近热物性的不连续快速变化,在388～430℃的范围内有效降低预测误差。     

烧结矿竖罐内气固传热过程数值模拟与优化

以某钢铁企业360 m~2烧结机年产390万t烧结矿为研究对象,建立了竖罐内气固传热过程的数学模型,模拟研究了影响竖罐内气固传热过程的主要因素及其影响规律,得到了竖罐适宜的操作参数.研究结果表明:随着气体表观流速的减小和空气进口温度的增加,烧结矿出口温度和空气出口温度均逐渐增加;烧结矿颗粒直径的减小导致烧结矿出口温度的降低和空气出口温度的增加.竖罐适宜的操作参数为:空气进口标况流量45.5万m~3/h,颗粒当量直径0.025 m,空气进口温度130℃.     

金属换热器传热过程的数学模型及应用

应用蒙特卡洛法仿真辐射式金属换热器内的辐射传热过程，建立了换热器综合传热的数学模型，利用概率论原理，把辐射能迁移过程仿真为一定累积概率分面下的随机过程，该模型能较好地反映换热器内传热过程的真实情况，可以计算出换热器内烟气、筒壁、空气的温度和壁面热流分布，以及研究烟气进口温度、换热器筒径和狭逢宽度对换热效果的影响。     

可拆式螺旋板换热器传质传热的数值模拟

应用计算流体动力学（CFD）和数值传热学方法,建立了考虑可拆式螺旋板换热器（DSHE）内流动与传热的三维数学模型,分析了换热器内流体的流速、流向、流动状态以及换热器高度、流道间距、接管形式等流动与结构参数对传热系数、系统压降及传热-压降性能系数凤等参数的影响．结果表明,几何结构一定时,流速增加会使传热系数增大、压降增大、性能系数减小,但相比之下,适当提高油侧流速比提高水侧流速对强化传热更经济有效;而在流量一定情况下,随换热器高度或板间距增大,传热系数和压降会减小,传热-压降性能系数EK会提高,但螺旋板圈数增加却会使传热系数、压降、传热-压降性能系数均有不同程度的劣化,同时金属板材消耗量增大,经济性降低．此外,切向接管和逆流流动更有利于强化传热和减小压降,换热器综合性能更好．这些结果对可拆式螺旋板换热器的结构优化与参数调试具有重要的参考价值和指导意义．     

刮膜式分子蒸馏过程的研究

对刮膜式分子蒸馏传热方程进行数值求解,针对0．25m^2刮膜式分子蒸馏器,以DBP(邻苯二甲酸二正丁酯)为物料进行了模拟计算。初步探讨了进料温度、进料速率2个参数对蒸馏器内头波温度及液膜表面蒸发速率的影响、模拟结果表明,头波温度随进料温度的升高而升高、随进料速率的增大而降低;液膜表面蒸发速率随进料温度的升高而增大,随进料速率的增大而减小.     

小型车用换热器的数值模拟与优化

应用CFD计算流体动力学方法对换热器的换热特性、空气流动特性进行了全面分析,得到了换热器温度场、压力场和流场分布情况.对换热器实施了减少管束的数目、减小折流板尺寸、增大壳侧出口直径和增大换热管直径等改进措施,改进后换热器壳侧的阻力损失降低32.3%,为103.2 Pa,同时出口温度为130 K,仍然满足换热要求.表明采用数值模拟方法对换热器进行研究开发可以获取换热器内任意点的温度、压力和流速等详细信息,而且可以了解结构参数变化对换热器流场和温度场的影响的显著优点,为换热器的优化设计提供了新的方法.     

升温型金属氢化物热泵性能分析

考虑到金属氢化物床的传热和换热器间显热回收等实际因素，提出了升温型金属氢化物热泵性能系数计算公式，为合理选择金属氢化物对，以及调整热泵的各种工艺参数提供了理论依据．结果表明：强化金属氢化物床的传热、采用平台倾斜度小的金属氢化物、减小反应器材料的比热和质量，以及换热器间高效率的显热回收，是提高热泵性能系数的有效措施．金属氢化物热泵的性能系数随驱动热源温度的升高而增大，但温升幅度随驱动热源温度的升高而减小。