螺旋管分离器中液固两相流颗粒相分布研究

螺旋管分离器是一种高效低阻的新型液固/气液固分离装置,研究分离器内部相分布特征及影响因素具有重要意义。本文利用Malvern粒度仪和观察窗技术测量了分离器模型中水-砂两相流动的颗粒浓度和粒度分布,并且对具有相似结构和流动参数的平面组合方管液固两相流动进行了数值模拟。研究表明颗粒相分布是离心力、二次流和紊流扩散的综合结果:离心力使颗粒由内弯侧向外弯侧聚集,是实现分离的根本动力,颗粒越大,分离现象越显著;二次流对分离具有双重作用;紊流扩散不利于分离。液速越高,分离效果越好。颗粒平均浓度对浓度分布没有显著影响。     

简体长度对旋风分离器内流场影响的数值模拟

采用RSM(雷诺应力模型)对旋风分离器内气相流场进行了数值模拟,计算得到不同筒体长度旋风分离器内流场的流动特性,结果表明分离器内的切向速度随着筒体长度的减小而增大;气体旋转运动的强度越强,分离效率越高.但筒体长度过短时,湍动能在内外涡分界面处有较大波动,使分离效率降低;当进口气速一定时,旋风分离器的压降随着筒体长度的增加而降低.     

多孔结构内流动沸腾流型分类及转变研究

以球形燃料核反应堆为工程应用背景,分别对直径4 mm、6 mm、8 mm颗粒堆积的多孔结构进行了流动沸腾可视化试验,在实验参数范围内得到了泡状流、泡状-弹状流、弹状流、弹状-环状流四种流型.获得了热流密度、流速、颗粒直径等对流型的影响规律.增加热流密度,汽泡数量增加,体积变大,变形、合并、分裂频繁;流速越高、颗粒越小,汽泡体积越小、数量越少.流速越高、球径越小发生相同流型所需要的热流密度越大.对Tung/Dhir模型进行修正得到了多孔结构内流动沸腾两相流流型图及各流型间的转变含气率.     

PAG润滑油对小通道内CO2气泡核化及脱离的影响

为了探究润滑油PAG(Polyalkylene Glycol)对二氧化碳气泡核化脱离的影响,采用Matlab软件模拟分析了不同油浓度下CO_2/PAG混合物形成气泡所需的液体过热度、气泡的临界半径、气泡的脱离直径及气泡的脱离频率,研究了PAG的浓度对气泡核化及脱离特性的影响。结果显示:在油浓度为0—5%,蒸发温度为-15℃—15℃的工况下,PAG润滑油浓度越大或蒸发温度越低时,形成气泡所需的液体过热度就越高,气泡的临界半径越大,气泡越不易形成,同时气泡脱离直径变大,气泡脱离频率减小,气泡不易脱离,且润滑油浓度越高,越不利于沸腾换热。     

通过理想气体模型认识温度是分子平均动能的标志

温度越高,分子运动越剧烈,同种物质的分子平均动能越大.为什么温度相同时不同种类的分子平均动能也相等呢?笔者引导学生运用分子动理论知识,结合理想气体模型和弹性碰撞模型,从微观和统计角度,经过推导和分析认识到了温度相同的理想气体分子平均动能相等.     

绝缘油在水和酸共同作用下的分子动力学模拟

为探讨水分和温度对变压器油中酸扩散行为的影响,在分子模拟软件内建立了水分子、矿物油分子、甲酸分子的复合模型,水的体积分数分别为1%,3%,5%,甲酸的质量分数为3%.通过分子动力学方法模拟计算了甲酸分子在不同含水量油模型中的扩散系数、径向分布函数以及复合模型的总动能;此外,选取了水体积分数为1%的复合模型为研究对象,以温度为变量进行动力学模拟.结果表明:随着水含量的增多,甲酸的扩散系数并没有逐渐增大,甲酸分子与水分子之间的氢键数目呈逐渐减少的趋势.而随着温度的升高,油模型具有的动能越大,酸分子的扩散逐渐增强.油模型中,含水量越多,水和酸在热运动下碰撞油分子的能量越大;温度越高,相互之间的碰撞越激烈.模拟结果说明水分增加或温度增高,均对油分子的结构稳定性造成一定程度的破坏.     

绝缘油在水和酸共同作用下的分子动力学模拟

为探讨水分和温度对变压器油中酸扩散行为的影响,在分子模拟软件内建立了水分子、矿物油分子、甲酸分子的复合模型,水的体积分数分别为1%,3%,5%,甲酸的质量分数为3%.通过分子动力学方法模拟计算了甲酸分子在不同含水量油模型中的扩散系数、径向分布函数以及复合模型的总动能;此外,选取了水体积分数为1%的复合模型为研究对象,以温度为变量进行动力学模拟.结果表明:随着水含量的增多,甲酸的扩散系数并没有逐渐增大,甲酸分子与水分子之间的氢键数目呈逐渐减少的趋势.而随着温度的升高,油模型具有的动能越大,酸分子的扩散逐渐增强.油模型中,含水量越多,水和酸在热运动下碰撞油分子的能量越大;温度越高,相互之间的碰撞越激烈.模拟结果说明水分增加或温度增高,均对油分子的结构稳定性造成一定程度的破坏.     

绝缘油在水和酸共同作用下的分子动力学模拟

为探讨水分和温度对变压器油中酸扩散行为的影响,在分子模拟软件内建立了水分子、矿物油分子、甲酸分子的复合模型,水的体积分数分别为1%,3%,5%,甲酸的质量分数为3%.通过分子动力学方法模拟计算了甲酸分子在不同含水量油模型中的扩散系数、径向分布函数以及复合模型的总动能;此外,选取了水体积分数为1%的复合模型为研究对象,以温度为变量进行动力学模拟.结果表明:随着水含量的增多,甲酸的扩散系数并没有逐渐增大,甲酸分子与水分子之间的氢键数目呈逐渐减少的趋势.而随着温度的升高,油模型具有的动能越大,酸分子的扩散逐渐增强.油模型中,含水量越多,水和酸在热运动下碰撞油分子的能量越大;温度越高,相互之间的碰撞越激烈.模拟结果说明水分增加或温度增高,均对油分子的结构稳定性造成一定程度的破坏.     

硝酸熔盐在土壤中的泄漏迁移实验

硝酸盐作为传热蓄热介质被广泛应用于太阳能热发电系统中,但在特殊情况下硝酸盐会从系统中泄漏并造成环境污染。本文研究了高温硝酸熔盐泄漏在土壤内部的迁移情况,并探究了对熔盐在石英砂中迁移渗透的影响因素。研究发现初始泄漏温度越高,熔盐在石英砂中的冷却结块后的中心厚度越大,四周的渗透深度也越大,但直径会越小;而泄漏高度越高,熔盐在石英砂中的冷却结块厚的中心厚度越大,熔盐的水平扩散直径越小,边缘厚度也越薄。     

鳍片管束撞击式气固分离器的试验研究

本文提出了一种应用于循环流化床，兼有强化传热的鳍片管束惯性分离器。试验表明此分离器具有高效、低阻、结构紧凑等优点，特别是它能强化换热，同时在管内工质冷却下鳍片能保持较低温度，因而能使用普通锅炉用钢。本文通过试验研究了这一分离器的流动结构、分离性能及有关设计参数的选择。     

气体直接接触式制取冰浆实验研究

冰浆具有良好的流动性,有着广泛的用途。气体直接接触式换热具有换热系数高的优点,由于气流的速度可以更高,换热也就可以更充分,换热性能更好。本文利用氮气作为直接接触制冰系统的低温介质进行了制冰实验,分析了流量、流速、温度等因素对系统换热性能和冰堵的影响。     

生物膜滴滤床内温度分布特性实验研究

对生物膜滴滤塔填料床内温度分布特性进行了实验研究,获得了循环液流量、气体流量以及进口甲苯浓度对填料床内温度分布的影响规律。实验结果表明:填料床内温度沿循环液流动方向逐渐升高,表明生物降解代谢反应属于放热反应;在逆流操作系统中,填料床下部碳源丰富,填料床下部的温升明显大于上部的温升;随着循环液流量的增大,填料床内沿流动方向上的温升越小;液体流量较大时,填料床内温升随着气体流量的增大而减小;滴滤塔进口甲苯浓度越大, 填料床内温升越大。     

液体蒸发率及表面温度测量

基于准稳态理论,建立了一套测量液体蒸发率及气液界面温度分布的实验装置,可用于测量常温下压力在0～1000 Pa区间的液体蒸发率及准稳态蒸发界面温度分布.该装置具有较高的实验精度,能够测量蒸发界面每0.02 mm范围内的温度变化.测量了水、甲醇和四氯化碳三种工质的蒸发流率及蒸发界面附近温度分布,并计算了相应的蒸发率,测量结果与文献值相一致.本文研究对揭示气液相变机理和工程实际应用具有理论意义和应用价值.     

新型涡流管的制冷特性研究

以新型涡流管为研究主体,通过实验,研究涡流管操作参数对涡流管性能的影响。根据实验数据,分析改变温度压力等操作参数对涡流管能量分离效应的影响。试验结果表明:当提高涡流管进气温度,其冷热两端出气温度升高,但并不影响涡流管的制冷效率;增加涡流管进气压力会提高涡流管制冷效应,并在冷流率为0.2时效果最明显;制冷效率随节流阀开度增加而增加且最终趋于稳定,而制热效率则随节流阀开度增加而减小并最终趋于稳定。     

气力提升系统气液两相流数值模拟分析

污水处理、油田采油、液态金属冷却反应堆和磁流体动力转换器等领域采用气力提升系统有其显著优势.由于不同液体介质与气体介质密度对气力提升系统性能影响较大,因此本文基于Fluent仿真软件,采用欧拉模型、k-ω剪切应力输运湍流模型数值模拟了氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银及空气-水、氩气-水、氮气-水下气力提升系统内气液两相流动行为,分析了系统稳定时提升立管内气相体积分数、提升液体流量、提升效率、提升管出口处液体径向速度的变化规律.研究结果表明:1)氮气-水、氮气-煤油、氮气-水银系统中,提升管内液体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率越高;2)空气-水、氩气-水、氮气-水系统中,提升管内气体介质密度越大,提升管内气相体积分数越小、提升液体流量越大、提升效率峰值越小;3)提升管出口处提升液体径向速度随气体充入量的不断增加而整体波动升高,最终管轴中心附近液体速度较大,管壁附近液体速度较小.本文研究成果为污水处理、气举采油、液态重金属冷却核反应堆和磁流体动力转换器等应用领域的气力提升技术的优化提供科学的理论基础.     

进气温度对微燃机燃烧室燃烧特性的影响分析

本文通过实验研究了在保持微型燃气轮机燃烧室出口排气温度不变的情况下,改变进口空气温度对燃烧室燃烧特性的影响.结果表明,随着燃烧室进气温度的增大,燃烧效率提高,燃烧室出口温度不均匀性系数减小,热阻增大,总压恢复系数有所降低.同时,实验结果还表明,随着燃烧室进口空气温度的增大,燃烧室出口处CO及未燃烬碳(UHC)排放浓度显著降低,但NO排放浓度则增大.根据实验结果,本文还分析了进气温度的改变对燃烧室燃烧特性的影响规律,为今后微型燃气轮机燃烧室的研制及改进提供了参考依据.     

离心油泵输送粘性流体空蚀性能实验研究

本文通过实验研究了离心油泵输送粘性流体时的空蚀性能和油泵的空蚀性能与输送介质粘度的关系,研究了油泵的性能参数(流量、扬程、功率和效率)随进口真空度的变化规律,并与输送清水时的空蚀性能进行了对比,研究了进口真空度对油泵水力性能的影响。离心油泵的空蚀性能随输送介质的不同存在很大差异。实验结果表明:在相同的流量工况下,输送粘性流体比输送清水具有较高的临界空蚀余量。     

不等径水平三通的相分离特性研究

在空气-水两相流实验回路上对油田注汽管线上的一种不等径水平三通进行了相分离特性实验研究。结果表明,侧支管的出口干度X3并非始终高于主管进口干度,当分流比超过某一临界值时X3将低于主管入口干度。该临界值随入口气相折算流速的提高而增大,同时通过在三通上游布置挡板也显著提高了临界分流比,证明流体惯性是影响水平三通相分离特性的最主要因素。与等径三通相比,不等径三通的特性曲线随着侧支管相对内径的缩小逐渐向左下方移动。     

背景气体对金属原子二维平面蒸发过程的影响

在原子蒸气法激光分离同位素中,金属原子蒸气宏观物理性质的空间分布会直接影响到分离过程的电离率和原料利用率.本文从分离过程的实际需求出发,建立了双组分气体的Bhatnagar-Gross-Krook模型方程组,并利用数值计算方法对方程进行求解,研究了背景气体对二维平面蒸发过程中原子蒸气宏观物理性质和蒸发速率的影响.研究结果表明:随着背景气体密度的增加,远离蒸发源位置处的金属原子蒸气密度增大,速度减小,温度升高,而近蒸发源位置处原子蒸气的性质则几乎不受影响,因而蒸发速率基本上不随背景气体密度发生变化.另外,随着尾料板温度的升高和对原子蒸气吸收率的增加,金属原子蒸气宏观物理性质受背景气体的影响逐渐下降.理论计算的结果对于分离装置的真空设计和光斑分布设计有较为重要的参考意义.     

轮背空腔-密封气对CAES向心涡轮变工况流动损失的影响

本文以国内首套MW级压缩空气储能(CAES)系统末级向心涡轮为研究对象,通过数值模拟分析了变工况条件下轮背空腔-密封气对等熵效率和流场结构的影响.结果表明:在求解中考虑轮背空腔-密封气结构能够使等熵效率数值解的偏差减小0.7%;随涡轮进口压力增加,轮背空腔泄漏流由叶片吸力面中部叶高区域逐渐向轮毂转移,流动损失先增加后减小;合理降低轮背空腔泄漏气体的轴向速度,能够减弱轮背空腔-密封气结构对等熵效率的负面影响,使向心涡轮在较宽的变工况范围内都保持高效运行.