垂直冷卻水管內(nèi)液固兩相流傳熱與抗垢性能

通過(guò)對(duì)旋流泵內(nèi)部流道進(jìn)行三維造型,利用雷諾時(shí)均方程、雙方程湍流模型并結(jié)合simplec算法對(duì)其內(nèi)部三維固液兩相流場(chǎng)和清水單相流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,得到了固相不同體積濃度、不同流量下的分布規(guī)律,并研究了外特性的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明:固相在葉片工作面分布較多;在葉輪里離后蓋板越遠(yuǎn),濃度越高;無(wú)葉腔分布濃度大于葉輪分布濃度;固相濃度的增加會(huì)引起揚(yáng)程的減小。

輔助高速攝影儀對(duì)正方形小通道內(nèi)氮?dú)?水兩相流向上流動(dòng)進(jìn)行可視化觀察,對(duì)流動(dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,獲得了典型的流型圖像。采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)流型圖像進(jìn)行了處理,檢測(cè)得到氣相的周長(zhǎng)、面積,并通過(guò)提出的假想圓柱體模型計(jì)算和統(tǒng)計(jì)得到了截面含氣率。將壓降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果與典型的分相流、均相流壓降模型預(yù)測(cè)值比較,結(jié)果表明,chisholm關(guān)系式能較好地預(yù)測(cè)兩相流的壓降變化,lee&lee關(guān)系式和dukler關(guān)系式可較好地預(yù)測(cè)低表觀速度時(shí)的兩相流壓降。

以氮?dú)夂退疄閷?shí)驗(yàn)介質(zhì),利用高速攝像機(jī)對(duì)水力直徑為1.15mm的矩形小通道內(nèi)的氣液兩相垂直向上流動(dòng)特性進(jìn)行可視化研究,依次得到泡狀流、彈狀流、攪拌流和環(huán)狀流4種典型的流型圖像。針對(duì)小通道內(nèi)氣泡之間相互無(wú)遮掩性的優(yōu)勢(shì),運(yùn)用圖像處理技術(shù)對(duì)流型圖像分形增強(qiáng),檢測(cè)氣泡邊緣并填充后根據(jù)提出的氣相體積模型,得到兩相流動(dòng)的含氣率。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)分液相reynolds數(shù)把流動(dòng)分為層流區(qū)、過(guò)渡區(qū)和紊流區(qū),并對(duì)chisholm關(guān)系式進(jìn)行修正,結(jié)果表明:修正后的壓降模型能較好地預(yù)測(cè)本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

為了研究泥沙顆粒對(duì)沖擊式水輪機(jī)噴嘴內(nèi)的流動(dòng)特性,建立了噴嘴射流的三維數(shù)學(xué)模型。利用流體分析軟件fluent,首先對(duì)連續(xù)相選用標(biāo)準(zhǔn)k??湍流模型進(jìn)行計(jì)算,再選用離散模型進(jìn)行固液兩相流耦合計(jì)算。分析在泥沙顆粒和水流的雙重作用下,對(duì)噴嘴壁面沖蝕磨損影響。分析得出:泥沙顆粒在噴嘴內(nèi)部流動(dòng)特性呈現(xiàn)非對(duì)稱性特性,影響射流的運(yùn)動(dòng)特性,進(jìn)而影響噴嘴各部位的沖蝕磨損程度,噴嘴下部磨損比上部嚴(yán)重。

為了探究混流式水輪機(jī)改造前后轉(zhuǎn)輪泥沙磨損情況,采用固液兩相流模型對(duì)某電站改造前后的混流式水輪機(jī)進(jìn)行全流道數(shù)值模擬,分析不同工況下轉(zhuǎn)輪葉片表面泥沙分布,轉(zhuǎn)輪葉片表面固液兩相速度差,以及水輪機(jī)效率。結(jié)果表明:小流量工況下泥沙磨損最嚴(yán)重;水輪機(jī)改造后,葉片表面泥沙體積分?jǐn)?shù)下降,固液兩相速度差減少,泥沙磨損減弱,水輪機(jī)效率較改造前提升了5.5%。該研究可為水輪機(jī)改造提供一定的參考。

基于新型水冷球床反應(yīng)堆,以水和空氣為工質(zhì),分別在直徑為2、5、8mm的玻璃球填充圓管形成多孔介質(zhì)通道中,對(duì)豎直向上氣-液兩相流動(dòng)阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,阻力壓降隨著氣液流量的增加而增大,并且與流型存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系;在相同流動(dòng)條件下,顆粒直徑和孔隙率對(duì)壓降有明顯影響。結(jié)合實(shí)驗(yàn)所得的234組實(shí)驗(yàn)點(diǎn),對(duì)兩類阻力關(guān)系式(分相模型關(guān)系式和均相模型關(guān)系式)進(jìn)行了比較和改進(jìn)。結(jié)果表明,基于分相模型的關(guān)系式一致性較好,但隨著顆粒直徑的增加其偏差值增大;現(xiàn)有的基于均相模型關(guān)系式預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值相差較大,而改進(jìn)的均相模型關(guān)系式與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。

在較寬的實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)(系統(tǒng)壓力p=8～15mpa,質(zhì)量流速g=800～1800kg·m~(-2)·s~(-1),壁面熱流密度q_w=200～950kw·m~(-2))對(duì)一立式螺旋管內(nèi)(管內(nèi)徑為10mm,螺旋直徑為300mm,節(jié)距為50mm)汽水兩相流動(dòng)沸騰干涸特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)研究,獲得了干涸發(fā)生時(shí)螺旋管圈壁溫的分布特征以及壓力、質(zhì)量流速和壁面熱流密度這三個(gè)參數(shù)對(duì)臨界干度的影響規(guī)律。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了一個(gè)適用于計(jì)算螺旋管內(nèi)高壓高含汽率工況下汽水兩相流臨界干度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。

采用數(shù)值模擬方法研究了幅值分別為3mm、4mm的兩種波紋管的湍流傳熱性能,發(fā)現(xiàn)幅值為4mm的波紋管換熱效果優(yōu)于幅值為3mm的波紋管,幅值為4mm的波紋管壁面剪切力更大是致其換熱效果較好的直接原因。波紋管壁面剪切力沿軸向周期性變化,喉結(jié)處壁面剪切力最大。波紋管縱向渦及流道形狀周期性變化是傳熱獲得強(qiáng)化的根本原因。引入壁面剪切力、縱向渦等參數(shù),并與傳熱性能相關(guān)聯(lián),為波紋管換熱器研發(fā)提供借鑒。

針對(duì)低滲透油藏孔隙尺度小、采收率低的問(wèn)題,采用寬度為200μm、深度分別為1.8μm和4.1μm的兩個(gè)矩形通道,結(jié)合數(shù)字顯微攝像技術(shù)和微流體測(cè)試技術(shù),對(duì)巖層孔隙流動(dòng)進(jìn)行了模擬,得到了孔隙通道中單相油以及含油率(體積分?jǐn)?shù))為10%～60%的油水兩相流的流動(dòng)特性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)于深度為1.8μm和4.1μm的兩個(gè)矩形通道,單相油流動(dòng)的摩擦系數(shù)低于理論值,并與雷諾數(shù)呈線性關(guān)系;泊肅葉數(shù)小于理論預(yù)測(cè)值,通道尺度越小,泊肅葉數(shù)實(shí)驗(yàn)值與理論值的差異越大.油水兩相流流動(dòng)的摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)也滿足線性關(guān)系,在不同含油率時(shí)有的高于理論值,有的低于理論值;泊肅葉數(shù)總體隨含油率增加而減小,在含油率為20%與60%時(shí)出現(xiàn)跳躍式增長(zhǎng),分析表明泊肅葉數(shù)隨含油率變化是受壁面親水性的影響.

利用組合潛污泵系統(tǒng)可以高效地將煤礦水倉(cāng)和老空突水災(zāi)害中的煤水混合物外排,但煤泥濃度及顆粒直徑直接影響管路系統(tǒng)的水力特性,并影響排污泵的性能和效果.對(duì)不同濃度、不同粒徑、不同管路形式的水力特性進(jìn)行了理論計(jì)算,建立了相應(yīng)的理論模型,計(jì)算結(jié)果可為煤礦水倉(cāng)清理及老空突水搶險(xiǎn)排水的應(yīng)用提供依據(jù).

為克服傳統(tǒng)取樣式多相流量測(cè)量方法取樣口易堵塞的缺點(diǎn),提出了通過(guò)管壁取樣測(cè)量氣液兩相流體流量的新方法.管壁四周均勻布置4個(gè)直徑為2.5mm的取樣孔,并在上游采用旋流葉片將來(lái)流整改成液膜厚度均勻分布的環(huán)狀流型,從而增強(qiáng)了取樣的代表性.分析表明,取樣流體中的液相質(zhì)量流量與主流體液相質(zhì)量流量的比值主要取決于取樣孔的數(shù)目和大小,而取樣流體中的氣相質(zhì)量流量與主流體氣相質(zhì)量流量的比值則與主管路液相流量有關(guān).在管徑為0.04m的氣液兩相流實(shí)驗(yàn)回路進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明,在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)液相取樣比為0.049,基本不受主管氣液相流量波動(dòng)的影響,能夠在寬廣的流動(dòng)范圍內(nèi)維持恒定.液相流量最大測(cè)量誤差為6.8%,氣相流量最大測(cè)量誤差為8.9%.

采用雷諾時(shí)均n-s方程和rngk-ε湍流模型,使用多相流模型中的混合物模型,通過(guò)商用軟件fluent,對(duì)自吸時(shí)旋流自吸泵內(nèi)氣液兩相流場(chǎng)作了數(shù)值模擬.在對(duì)蝸殼流道和葉輪流道進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí),尺寸扭曲率為0.78.根據(jù)模擬結(jié)果,將泵內(nèi)兩相流場(chǎng)的靜壓分布,與單液相時(shí)的靜壓分布作了對(duì)比,并比較了葉輪內(nèi)氣相與液相相對(duì)速度的分布情況.另外,對(duì)含氣率的分布情況作了分析.結(jié)果表明,自吸時(shí)氣液兩相狀態(tài)下的靜壓稍小于單液相狀態(tài)下的靜壓;泵內(nèi)的主要流動(dòng)是液相通過(guò)相間作用夾帶氣相的流動(dòng),液相速度略大于氣相速度;靠近泵出口的兩個(gè)葉道內(nèi),有氣相的積聚,含氣率較高.

氣液兩相流技術(shù)是蒸發(fā)冷卻電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題,本文圍繞電機(jī)空心導(dǎo)線內(nèi)氣液兩相流動(dòng)的研究展開(kāi)論述,從經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃臀ㄏ竽Ｐ蛢蓚€(gè)角度敘述了近年來(lái)微矩形管道內(nèi)氣液兩相流動(dòng)取得的進(jìn)展及存在的問(wèn)題,并提出了新的研究方向。介紹了蒸發(fā)冷卻電機(jī)在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)展望

利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)對(duì)用于空調(diào)凈化領(lǐng)域的高效過(guò)濾器(highefficiencyparticulateairfilters,hepa)內(nèi)的氣-固兩相流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值研究,該高效過(guò)濾器由交錯(cuò)排列纖維組成。模擬時(shí),計(jì)算不同運(yùn)行條件下過(guò)濾器的壓力損失及不同粒徑范圍過(guò)濾器的捕集效率,并將數(shù)值計(jì)算值和文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算值進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:和其他經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅容^,過(guò)濾器壓力損失的數(shù)值預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式吻合較好,誤差在2%以內(nèi),預(yù)測(cè)結(jié)果也表明,隨著迎面風(fēng)速的增加,過(guò)濾器壓力損失呈線性增加;在過(guò)濾器中不同粒徑范圍的微細(xì)顆粒捕集機(jī)理也不同,對(duì)于本文所研究的過(guò)濾器,粒徑小于0.2μm時(shí),主要由布朗擴(kuò)散起作用,粒徑大于0.5μm時(shí),慣性碰撞貢獻(xiàn)較大,而粒徑位于0.2μm～0.5μm之間時(shí),兩種機(jī)理作用都較弱,因此過(guò)濾器的捕集效率在該范圍出現(xiàn)最小值。

運(yùn)用流場(chǎng)計(jì)算軟件fluent,對(duì)軸流泵葉輪內(nèi)氣液兩相三維流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,分析了水氣混合工況下的流動(dòng)參數(shù)分布特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)葉輪流道內(nèi)的靜壓分布及含氣率分布的分析,揭示了氣泡在葉輪流道中的分布特征。研究發(fā)現(xiàn),在不改變?nèi)~片安裝角的情況下,隨著流量的增加,沖角發(fā)生變化,導(dǎo)致氣泡聚積現(xiàn)象從葉片的背面移到葉片工作面。此外,在葉片背面靠近輪轂處和葉片背面的輪緣處易發(fā)生氣泡的聚積。

利用tsi-1268w熱膜探針測(cè)量了內(nèi)徑為35mm的水平管內(nèi)氣液兩相泡狀流的壁面切應(yīng)力,得到了充分發(fā)展段上壁面切應(yīng)力沿周向的分布數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)果表明,液相中加入氣泡后,在管道下部的壁面切應(yīng)力增大,在含氣率較高的管道上部出現(xiàn)了壁面切應(yīng)力減小的現(xiàn)象。隨著氣相流速的增加,管道上部的壁面切應(yīng)力有較小幅度的降低,管道中下部的壁面切應(yīng)力有較大幅度的增加。

建立了帶浮塵源的同側(cè)上送下回側(cè)送風(fēng)和異側(cè)上送下回側(cè)送風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)房間的物理模型,采用k-ε湍流模型和歐拉拉格朗日兩相流模型模擬了不同粒徑浮塵在房間內(nèi)的軌跡,分析了不同送風(fēng)形式、送風(fēng)速度下不同粒徑顆粒對(duì)氣相流動(dòng)的影響。

本實(shí)驗(yàn)以氟利昂-113作為工作流體,對(duì)豎直方管內(nèi)向上兩相流動(dòng)的臨界熱流密度(criticalheatflux,chf)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.實(shí)驗(yàn)主要參數(shù)的范圍為:質(zhì)量流速650～1800kg/(m2s);進(jìn)口壓力380～550kpa;入口干度,過(guò)冷～1.0.重點(diǎn)分析了質(zhì)量流速,壓力,進(jìn)出口干度對(duì)chf值的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:chf值隨質(zhì)量流速的增大而增大,隨壓力的升高有所減小,隨進(jìn)口干度的增加基本呈現(xiàn)線性下降趨勢(shì),同時(shí)在發(fā)生臨界熱流現(xiàn)象后,出口干度基本保持不變.

在蒸發(fā)溫度為5~15℃,工質(zhì)質(zhì)量流速變化范圍為50~500kg/(m2s),熱流密度范圍為5~25kw/m2和干度范圍為0.01~0.9的條件下,對(duì)r134a在臥式螺旋管內(nèi)沸騰兩相流型及壁溫特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。利用可視化技術(shù)對(duì)流型進(jìn)行了觀察分析,發(fā)現(xiàn)在相同工況條件下,臥式螺旋管上升段和下降段的流型有所不同,特別是形成環(huán)狀流之前存在明顯不同的過(guò)渡流型,分別為"波環(huán)狀流型"和"超大氣彈流型",因此,對(duì)上升段和下降段分別建立了流型圖。分別獲得了臥式螺旋管沿管長(zhǎng)和沿螺旋管橫截面圓周方向的壁面溫度分布特性。壁面溫度沿管長(zhǎng)呈逐漸降低的趨勢(shì);沿橫截面圓周方向,最外側(cè)壁溫最低,最內(nèi)側(cè)壁溫最高,兩側(cè)溫度居中。

根據(jù)廢棄線路板破碎解離物料中金屬與非金屬顆粒密度特性及運(yùn)動(dòng)特性的差異,研制了水介質(zhì)變徑液固兩相流分選裝置及工藝,對(duì)0.5~0.25,0.25~0.125,0.125~0.074,<0.074mm這4個(gè)粒級(jí)廢棄線路板物料分粒級(jí)進(jìn)行了金屬的富集回收分選實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明:前3個(gè)粒級(jí)產(chǎn)品的金屬品位與回收率同時(shí)達(dá)到90%以上,<0.074mm物料的金屬品位與回收率分別為65.51%及93.42%,工藝上實(shí)現(xiàn)了水介質(zhì)的循環(huán)利用.

介紹了安全閥氣液兩相泄放工況如何發(fā)生及所具有的特點(diǎn),探討了在這種泄放工況下怎樣確定安全閥的尺寸。討論了兩相流泄放面積計(jì)算方法\原理和詳細(xì)計(jì)算步驟,并通過(guò)設(shè)計(jì)案例對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行比較。結(jié)果表明:相比于omega-2和氣-液相泄放面積相加的方法,omega-1方法和diers積分法得到的泄放面積較大,較為保守安全。所以在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,推薦使用這兩種方法計(jì)算氣-液兩相流安全閥的泄放面積。

為了獲得管道充氣排液過(guò)程的兩相流動(dòng)狀態(tài),采用vof模型對(duì)管道充氣排液工況進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。模型考慮了液體表面張力、壁面粘附力,流體粘度,管壁粗糙度以及氣體可壓縮性效應(yīng),并采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和自適應(yīng)網(wǎng)格加密技術(shù),對(duì)兩相界面進(jìn)行了跟蹤,觀察了這一工況下的氣液兩相混合及界面變化過(guò)程,分析了充氣過(guò)程中不同時(shí)刻的管道內(nèi)壓力分布、氣相體積分?jǐn)?shù)、管流摩阻和能量交換情況,得到了這一工況下氣液兩相的流動(dòng)特征。模擬結(jié)果也表明,在進(jìn)行適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格劃分和參數(shù)設(shè)置,vof模型可以用于非自由表面的有壓流動(dòng)的數(shù)值模擬。