中心进气式鼓泡反应器内气液流动的大涡模拟

研究鼓泡塔内涡的结构及其演变规律，对揭示反应器内传热、传质性能具有重要意义．用大涡模拟（LES）方法对中心进气式鼓泡塔内瞬态流动性能进行了模拟研究，结果表明，增大气速可使涡结构剧烈变化，增加液体黏度限制了涡尺度的发展，减少气泡尺寸加快了涡的变化速率．模拟结果与实验值吻合良好，大涡模拟方法能有效地揭示鼓泡塔内不同尺度的涡结构及其发展变化规律．     

三相鼓泡塔反应器液体流速分布的实验研究

采用示踪剂电子电极法对气-液-固三相鼓泡塔局部液体流速的测试结果表明,塔中心处的局部液速最大,近塔壁处最小,随表观气速增大,初始流体流动处于由均匀流型向过渡流型的转变;当表观气速继续增大,平均液速则明显增加,轴向液速的径向分布呈线性关系,表明流体的流动进入非均匀流型;三种不同结构的气体分布器对反应器中心线处轴向流速影响的实验表明,环状气体分布器的反应器底部存在一个狭小的回流区。     

固定床鼓泡反应器的流型与压降的瞬态表征

采用高采集频率的差压传感器及A/D转换器,对固定床鼓泡反应器的瞬时压降数据进行了采集,建立了反应器内的流型识别方法,并通过电容层析成像仪(ECT)对不同流型的气含率的瞬态特征进行了研究。结果表明:不同流型内压降信号的波形、概率密度分布及功率谱密度分布特点差异显著,瞬态气含率亦存在不同特点;随着气液相流速的增加,床层压降梯度逐渐上升;根据实验数据修正的Larachi关联式及Khan和Varma关联式可较好地预测中等塔径(D=280 mm)的固定床鼓泡反应器的摩擦压降,均方根偏差分别为18.0%与14.5%。     

鼓泡塔内气含率分布与流场的CFD模拟

采用CFD商业软件对单层分布器、双层分布器和带导流筒3种结构鼓泡塔内气液分散性能进行数值模拟。研究结果表明,随着通气量的增加,鼓泡塔内气含率增高,但其分布的均匀性变差。鼓泡塔内存在过渡流域和充分发展流域,在过渡流域,塔内水平截面平均气含率随轴向高度而增加,在充分发展流域,塔内水平截面平均气含率不随轴向高度变化,2种流域的分界线位置和鼓泡塔的结构有关,而几乎不受通气量大小的影响。在相同通气量下,双层分布器和带导流筒鼓泡塔内平均气含率比单层分布器鼓泡塔低,但双层分布器相对单层分布器鼓泡塔可改善在耗氧反应体系中氧气分布的均匀性,采用带导流筒鼓泡塔可改善液体在塔内循环,使气-液反应在塔内更加均匀。     

鼓泡塔中气液两相流与浸没在其中的水平管间的传热研究

本研究对鼓泡塔中气液两相流与浸没在其中的水平管间的对流传热系数进行了实验测定。着重研究了表观气速、液相粘度和液相表面张力对传热系数的影响。实验证明,鼓泡塔内的传热系数与传热管的方位无关,其传热系数可按文献[1]的关联式进行关联。     

氧热法电石合成淤浆鼓泡床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石吸热反应和炭燃烧放热耦合特点,本文设计并研究了适用该过程的三相淤浆鼓泡床反应器。采用空气-水-氯化聚氯乙烯（CPVC）模拟物系,实测了不同表观气速、固体颗粒进料量和静液高度下淤浆鼓泡床床层中局部平均气含率、固含率轴向分布和大、小两类气泡的分布。结果表明表观气速越大,局部平均气含率越大;固体颗粒的加入减小了床层局部平均气含率。当Ug在0.136~0.196m/s之间时,固含率轴向分布随表观气速增大趋于均匀;固体颗粒进料量越小则固含率沿轴向分布越均匀。随着表观气速的增加,小气泡含量逐渐增加,大气泡含量逐渐减小;随着静液高度的增加,大气泡含量均是先增大后减小。上述结果表明电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于淤浆鼓泡床中是可行的。     

垂直管道内液-固两相流动的压降和相分布特征

为得到垂直管道内液-固两相的流动特征,采用电阻层析成像方法对流动的相分布和含率等进行测量,并采用无量纲参数对流动的压降进行分析。研究表明,垂直管道内液-固两相流动中固相颗粒均呈非均匀分布,且浓度呈近似轴对称分布;不同颗粒粒径的液-固两相流动中的相间速度滑移程度不同;液-固两相流动中,粒径较小固相颗粒的掺入可有效降低流动的摩擦压降,具有湍流减阻的作用,而由于粒径较大固相颗粒间存在频繁碰撞,会增加流动压降;对于相间速度滑移较小的液-固两相流动,可采用均相流模型对流动的压降等参数进行精确计算,为准确预测液-固两相流动的压降,合理设计海洋资源生产及输送系统提供理论依据。     

规整填料内鼓泡流动的二维CFD模拟

规整填料内鼓泡流动现象的研究对于开发新型气液传质与反应设备具有重要的指导作用。为此应用VOF（Volume of Fluid）多相流模型建立了描述规整填料内部鼓泡流动现象的二维模型,模型中考虑了影响气液两相流动的两个重要作用力：表面张力和气液相间作用力。模拟计算结果显示,气泡在上升过程中自身振荡,随着入口气速的增大,气泡形变程度增大,并且伴有气泡聚并现象发生。气泡上升过程中,气泡周围液体的速度增大,并且形成大小不同的旋涡结构,单点速度值的波动程度随气体入口速度的增大而增大。     

鼓泡塔和内循环气升式生物反应器混合特性比较

用脉冲示踪法测试了鼓泡塔和内循环气升式生物反应器的停留时间分布，对其流动混合特性作了比较研究．结果表明，内循环气升式生物反应器停留时间分布得到改善，强化了气液传质，有更好的混合效果，提高了反应效率．多参数模型较单参数模型能显著地反映出两种反应器的混合特性及其差别，移位对数正态分布函数模型对实验值的吻合程度优于组合模型．     

空气-水鼓泡流动的阻力与蒸发传热特性

实验研究了一种新的适用于蒸发冷却过程的鼓泡装置的阻力与传热特性.实验中将换热盘管浸没于空气-水的鼓泡层中,空气-水两相流通过盘管的表面.这种换热方式可以极大的提高换热管与空气之间的换热系数,降低水泵功率的消耗,而且对气流速度的要求低于空冷式冷凝器.文中给出了空气穿过空气-水鼓泡层的压降以及盘管与冷却水之间换热的实验数据,该结果显示影响压降及换热系数的因素包括多孔板的几何尺寸,鼓泡层的高度,空塔速度及热流密度.换热盘管与冷却水之间的换热系数比管外降膜冷却的换热系数大2倍多.     

径向反应器主流道压力分布分析

在动量恢复方程的基础上，分析了主流道的静压分布。在分流流道中，按照摩擦阻力作用和动量交换作用的相对大小，分４种情况讨论了静压变化的规律。在集流流道中静压总是趋于下降。为径向反应器的合理设计提供了依据     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合振动分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,最后提出了立管减振措施。结果表明:立管变形最大处发生在立管中间处,最大应力发生在立管的入口和出口处附件的上下部;双向耦合作用下立管最大等效应力和最大变形量均小于单向耦合;随着立管约束数量的增加,立管的变形量和等效应力变小;随气相速度增大时,立管位移减小,相反,随液相流速的增加,立管位移增大,随截面含气率的减小,立管位移增大。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合模态分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合模态分析,研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及立管支承方式、流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响。同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进行了对比验证。结果表明:流固耦合作用明显地降低了立管的固有频率,但并不改变固有阵型;立管的支承方式不改变阵型,但会影响管道的固有频率,约束数量增加,固有频率变大,随着模态阵型阶数增加,立管的固有频率增加,而最大阵型位移随之减小;立管固有频率随气相流速的增加而减小,随截面含气率的增大而增大;通过仿真分析和DNV公式求解两种方法得到的固有频率相差不大,验证了仿真分析的合理性。分析结果对海洋立管的优化设计和振动对策提供了重要的理论依据。     

板式换热器内两相流流量分配的模拟及实验验证

针对带有分配器的钎焊板式换热器内各支路的气液流量分配特性建立了预测模型.基于各支路的压降平衡方程,分别建立了板间流道和分配器流道压降计算模型;基于分配器处的气液分离关系方程,分别建立了两相流体在分配器处相分离和在分配器入口处液膜分布的计算模型.通过将压降平衡方程、气液分离方程分开迭代计算,开发了适用于模型的求解算法.模拟结果与实验测试数据对比表明,换热器总压降的相对误差在±20%以内,两相区高度的相对误差在±13%以内.     

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。     

Numerical Study of Void Fraction Distribution Propagation in Gas-Liquid Two-Phase Flow

A dynamic propagation model was developed for waves in two-phase flows by assuming that continuity waves and dynamic waves interact nonlinearly for certain flow conditions. The drift-flux model is solved with the one-dimensional continuity equation for gas-liquid two-phase flows as an initial-boundary value problem solved using the characteristic-curve method. The numerical results give the void fraction distribution propagation in a gas-liquid two-phase flow which shows how the flow pattern transition occurs. The numerical simulations of different flow patterns show that the void fraction distribution propagation is determined by the characteristics of the drift-flux between the liquid and gas flows and the void fraction range. Flow pattern transitions begin around a void fraction of 0.27 and end around 0.58. Flow pattern transitions do not occur for very high void concentrations.     

水平井、直井联合开发压力场及流线分布研究

针对目前大庆长垣外围低产低效水平井比例较高,亟待开展水平井井组剩余油分布特征规律研究等问题,开展了水平井、直井联合开发注采井网流线和压力分布特征研究。应用源汇理论及压力叠加原理,建立直井、水平井、压裂水平井以及直井与水平井联合开发压力场模型,采用Euler方法对模型进行了求解,模拟了二注、三注和四注3种井网形式的压力场和流线分布。研究表明,不同完井方式水平井组压力场和流线分布特征主要规律一致;水井位于正对水平井的边井位置处,水井与水平井之间易形成线性推进;水井位于非正对水平井的角井位置处,不易形成线性推进,形成大面积的低压力区域;压裂水平井特别之处在于,水井非正对水平井时外侧裂缝压力梯度场大于内侧裂缝。通过与实际井组数值模拟研究的剩余油结果对比,进一步验证了研究结论的准确性,最终达到指导水平井组剩余油分布特征研究及开发调整的目的。     

径向非均布压力分布对湿式摩擦副热-机耦合影响

采用有限元模拟和实验的方法，对比分析了5种不同的径向非均布压力分布方式对湿式摩擦副工作过程中热机耦合的作用.结果表明:在加载同种径向压力作用下，对偶钢片的温度场、应力场和应变场三者之间存在较强的耦合关系；在工作终态时，温度、应力和应变场环带的径向位置和各物理量的最值较原加载压力峰值位置向盘面中心方向移动，环带径向位置变化率为盘面宽度的10%~40%；径向压力分布方式对于摩擦副的温度，应力和应变的最值有直接关系，压力沿内外半径波峰式分布时温度、应变最值最大，压力由内径至外径线性减小时应力最值最大，压力沿内径向外径波谷式时变化则是温度、应力和应变最值最小.      

发电机定子径向通风系统流量分配模型研究

以汽轮发电机定子轴向分段多流式径向通风系统为研究对象,建立了定子径向通风系统流量分配模型.考虑到定子各风区间的流量相依性,利用压力平衡来判断风区间的汇流点和分流点,使模型研究结果更加切合实际.应用模型对某空冷汽轮发电机定子轴向分段多流式径向通风系统进行研究,并将研究结果与真机试验结果进行比较,结果表明,精度满足工程要求,从而验证了模型的正确性.