气—液—固三相流载气蒸发传热研究

本文在一由垂直设置的紫铜电加热棒与一玻璃套管构成的同心环隙内,对气—液—固三相流载气蒸发传热进行了实验研究.考察了载气进口速度,固体颗粒性质,热负荷等因素对传热的影响.结果表明:引入载气与固体颗粒,对环隙内对流沸腾传热均有显著强化作用,并使物料在加热壁面上的过热度明显下降.本文还分析了其传热强化的机理,并获得了计算传热膜系数的关联式.     

自然循环型气液固三相流载气蒸发传热的实验研究

符号表Cs固体颗粒在液体中的含量vol．％dp固体颗粒直径mmde实验段当量直径mmh表面传热系数kw／m2Kk液体导热率W／mKq热通量kw／m2r液体汽化潜热kJ／kgTw加热壁面温度℃ug载气表现速度mm／sul循环液速m／sρg载气的密度kg／m3ρl液体的密度kg／m3ρs固体颗粒的密度kg／m3μg气相粘度mPa·sμl液相粘度mPa·sBo沸腾准数Nu努塞尔准数Reg载气雷诺数Rel液体雷诺数沸腾与蒸发装置内换热壁面上的结垢与结疤是降低换热效率的重要因素之一。换热装置的防垢抗垢一直受到重视。近年来，一些研究者将固体颗粒引入换热器的加热管内，形成流化床换热…     

板式蒸发式冷凝器气-液两相流流动的数值模拟

基于VOF算法,建立了波纹板蒸发式冷凝器的计算模型,考察了气相、板面结构和喷淋水量对液膜流动的影响.结果表明:当空气与水逆流时,会引起雾沫挟带,水膜厚度增加;当空气与水顺流时,水膜厚度会被空气削薄;波纹板结构对液膜的流动形式有重要影响,尺寸较大、凹槽较浅的波纹板有利于水膜的均匀分布;液膜的厚度随着喷淋水量的增大而增加,同时液膜内部振荡加剧,但不影响其流动结构.     

气液固三相流载气蒸发的抗垢性能

分析了化工设备换热面上碳酸钙碱性污垢生成及其影响因素,认为液体在加热壁面上的过热是导致碳酸钙碱性污垢沉积的重要原因,降低料液在加热壁面上的过热度可收到明显的防垢抗垢效果。在蒸发器加热管内引入少量的惰性气体(载气)与流态化固体颗粒,使之形成气液固三相流载气蒸发,可显著强化传热,降低料液在加热壁面上的过热度。以碳酸钙模拟工业硬水的实验结果表明,气液固三相流载气蒸发过程表现出明显的防垢抗垢效果,且具有一定的在线清洗作用。     

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.     

低温气液两相流数值计算

低温工质两相流动在很多场合都存在,研究深冷剂在两相流动时参数的分布有着很重要的作用.文中采用一维均相流模型对液氮循环流动过程进行稳态数值模拟,得到了循环流动过程中液氮含汽率、压力和温度沿管程方向的分布情况,并对由于不同回路条件引起的不同结果进行了分析.     

气液两相流中的声速研究

气液两相流在工业各领域中广泛存在,而声速是描述其声学性质的一个重要参数。本文从流体的体积弹性模量的定义出发,推导了气液两相流中的声速随含气率的变化关系式,即混合流体的Wood声速公式,将其声速的部分计算结果和其他作者的实验数据进行了比较,吻合良好。并通过COMSOL有限元模拟软件得到不同气体分布下圆管谐振腔最低阶模式的共振频率,间接数值模拟研究了含气率对声速的影响。模拟结果与理论计算结果一致,当气液两相流中含气率较低时,声速随含气率的增大急剧减小。本研究结果为确定声速与气液两相流中的含气率间的关系提供了参考依据。     

垂直管中气液两相流传热研究

鼓泡塔和气升环流反应器是化工中常用的反应设备。由于气液两相的扰动,其传热系数可比单相流大20～100倍,特别适用于进行某些强放热的化学反应。由于塔径较大,其两相流流型及传递特性均与管径较小的管道中的两相流有所不同。实践证明,当塔径大于100mm时,其传递特性不再受塔径的影响。本研究中我们对液相粘度和表面张力对传热的影响进行了细致的考察,并且还将气速和液速扩大到较一般文献更大的范围。     

T型微通道气液两相流流动与传热的数值研究

为进行微通道气液两相流动及传热研究,建立了T型微通道模型,利用VOF方法进行数值模拟,对弹状流流型进行了数值分析,考察了弹状流的形成过程、速度、表面张力和粘度对弹状流流型的影响,计算了气泡速度和液膜厚度,并与经验关联式进行比较。结果表明:液体粘度对弹状流的影响较大;而表面张力对弹状流几乎没有影响,当气速一定时,液速越大,气泡的长度越小而液柱的长度越大。气泡速度和液膜厚度与经验关联式的计算结果误差分别为2.57%和4.87%。     

垂直U形管内气液两相流诱导振动模拟

采用ADINA数值方法研究了垂直U形管内气液两相流诱导振动的位移响应和脉动激振力特性,然后考察了雷诺数Re和体积含气率β对激振力的影响规律。结果表明:气液两相内流诱导振动以面内振动为主,表现为两相流诱发激振力的主频与管结构某阶固有频率相近时的共振现象;激振力的脉动特性表现为低β时的窄频带随机波动和高β时的周期性波动;固定β时,激振力的均方根值F~(RMS)随Re的增大而增大,增大速率逐渐增加;同一Re下,F~(RMS)先随β的增大而增加,在β=55%左右时达到最大,之后逐渐降低,最大值出现在泡状流向搅拌流的转变过渡区。     

基于几何重建的气液两相流孔隙尺度模拟

本文基于二维micro CT扫描图像进行数值重构得到三维多孔介质几何模型,采用Shan-Chen多相格子Boltzmann方法(LBM)建立适用不规则几何边界区域内气液两相流动数值模型,在此基础上对复杂多孔介质内的两相流动过程进行孔隙尺度模拟。结果表明,气-液两相流动受限于多孔介质的复杂孔隙结构,气液表面张力、壁面润湿特性以及进出口压差对两相流动特性将产生明显影响。     

海上平台水合物分离器内气液两相流数值模拟

针对海上平台的特点,提出了海上平台水合物分离器工作原理及结构设计,该装置无需要添加任何化学药物,高效地从天然气中分离出水和重烃类液体,同时具有节能环保,结构紧凑,占地面积小和分离效率高等优点。同时,基于严谨的多相流体动力学理论,采用计算流体力学(CFD)对水合物分离器内气液两相流进行了三维非稳态数值模拟。模拟计算结果表明,所采用的数学模型和数学模拟计算方法正确,可以预测并反映不同时刻分离器中气液两相体积比率的变化规律,从而更加系统深入地探讨了水合物分离器内气液两相的流动及分离特性,从两相流的角度对水合物分离器的结构优化提供了理论根据。     

高速气液两相流液膜卷吸夹带数值模拟研究

本文运用VOF模型对水平管内高速(v_g≈272 m/s,Ma≈0.8)气液两相二维流场进行了数值模拟,研究了高速气流作用下液膜卷吸夹带机理。结果表明,气液界面产生的扰动波是产生液膜卷吸夹带的主要原因,扰动波吸收波前、后液膜内液体并同时在轴向与径向方向发展,最后伸入气相场中的突起部分受到高速气流剪切力而脱离液膜进入气相。在高速气相场中,同时存在两种不同的夹带现象:大波独立沿轴向和径向发展最终断裂进入气相;小波先合并后再脱离液膜进入气相。卷吸夹带之后的区域出现液膜随机分布的特点。     

气液两相流相含率测量新方法研究

本文基于电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C~4D)技术,提出了一种气液两相流相含率测量新方法。该方法基于新型六电极阵列式C~4D传感器,首先获取气液两相流电导信号,然后利用所获电导信号,结合LS-SVM回归方法分别建立三种典型流型(泡状流、环状流和层状流)的相含率测量模型。实际测量时根据流型选择相应的相含率测量模型,计算获得相含率。在内径为47.5 mm管径下进行相含率测量静态实验,研究结果表明,所提出的气液两相流相含率测量新方法是可行、有效的。在三种典型流型下的相含率测量最大绝对误差均小于9%。     

移动网格与Level Set耦合方法在气-液两相流数值模拟中的应用

本文采用自适应移动网格与Level Set函数相耦合的方法来实现气-液两相流的数值模拟与计算.作为自适应网格方法的一种,移动网格方法主要是为了解决发展方程的计算问题而设计的方法.文中给出了移动网格的生成方程,并针对方程的非线性,给出了一种半隐式的离散方法用于进行求解.本文将移动网格方法与Level Set方法相耦合,将控制流体运动的Navier-Stokes方程以及追踪相界面的Level Set方程转换到曲线坐标下,应用一套曲线坐标方程组来同时描述气、液两相流的运动规律,成功实现了对气-液两相流问题的数值模拟.通过对顶盖驱动流的计算以及对液滴沉降现象的模拟计算,验证了本文方法的可靠性.本文对常重力与微重力下两气泡融合的发展规律进行了数值模拟,通过分析对比,得到了重力对两气泡融合变形的影响规律.     

气粒两相流传热问题的光滑离散颗粒流体动力学方法数值模拟

在气粒两相流动问题中,颗粒间以及气体与颗粒间的传热问题不可忽略.光滑离散颗粒流体动力学(SDPH)模型作为一种新的求解气粒两相流动问题的方法,已经成功应用于模拟风沙运动等问题.在此基础上,提出了SDPH方法的热传导模型,模拟了气粒两相流动问题中的热传导过程以及颗粒蒸发过程.首先引入各相的能量方程,利用有限差分与光滑粒子流体动力学一阶导数相结合的方法,处理各相内部热传导项中的二阶导数问题,基于气粒两相间温度差及对流换热系数计算颗粒与气体间的热传导量,推导得到了含热传导模型的气粒两相流SDPH计算方程组,模拟计算了圆盘形颗粒团算例及鼓泡流化床内部热传导算例,并与双流体模型计算结果进行对比,结果基本符合;其次利用离散液滴模型中的颗粒蒸发传质传热定律计算颗粒的蒸发过程,数值模拟了颗粒射流蒸发过程,并与离散颗粒模型结果进行对比,两者符合得较好,验证了该方法的准确性及实用性.     

气液两相流中气泡速度的图像处理

提出了一种在高空隙率下气液两相流中气泡速度场的图像分析方法.该方法基于应用多重空间分辨率,也就是回归相关PIV法(RCC-PIV)计算气液两相流中气泡的速度.通过比较一些PTV和PIV的算法,回归相关能得到最好的关于气泡光学和动力学特性的测定结果,肯定了本算法的适用性.研究结果表明,气泡速度高频率的振动发生在剪切层和上表面附近,而低频振动在实验装置的中部占优.     

小通道气液两相流电容测量方法研究

本文设计了一套用于小通道气液两相流的电容测量系统,并对内径为1.6 mm、2.5 mm和3.6 mm的玻璃管气液两相流进行了实验研究.文中首先对电容方法在小通道下的应用做了探索性尝试,设计了用于小通道气液两相流的电容传感器;然后利用所设计的电容传感器对小通道气液两相流弹状流电容动态数据进行采集、处理和分析;最后利用相关原理对气弹速度的测量进行了研究.研究结果表明所提出的电容方法可用于小通道气液两相流的分析研究中,是一种有效的小通道气液两相流参数检测手段,并为小通道两相流检测的研究提供了一定的借鉴.     

低温气液两相流研究中的CFD技术

介绍了 CFD技术的优势及发展现状 :论证了将 CFD技术引入到低温气液两相流系统研究及开发中的可行性 ;通过分析 CFD通用软件中理论模型的不足 ,找到了限制 CFD技术在低温气液两相流研究中应用的关键因素 ,并拟定了解决方案