微圆管内环状流凝结换热特性的数值模拟

本文提出了微圆管内环状流凝结换热的分析模型,考虑了重力、汽液界面剪切力、表面张力以及界面凝结热阻的作用。文中主要研究凝结换热过程中重力、入口蒸汽Re数及外壁面温度的影响。模拟的结果表明,重力对微圆管流动凝结换热的影响非常小,可被忽略;凝结液的排除主要依赖于汽液界面的剪切应力作用,使Nu随蒸汽进口Re数的增加而明显增大;冷却外壁面的温度对凝结换热也具有一定的影响, Nu将随外壁面温度的降低而增大。     

一维喷管中存在自发凝结的跨音速湿蒸汽两相流动数值模拟

本文结合液滴成核、生长理论及Ｅｕｌｅｒ方程组,在无滑移假设下,导出了描述存在自发凝结的湿蒸汽两相流动控制方程组。对汽液两相流动控制方程组采用ＴＶＤ格式离散、时间推进法求解。对准一维喷管中的湿蒸汽两相流动进行了数值模拟,得到了满意的计算结果。     

水平管外强化凝结传热的数值解

以Nusselt理论为基础,运用三维坐标建立了肋片侧面的冷凝传热模型,对肋片侧面的冷凝传热机理进行了分析,得出了肋片侧面表面传热系数的积分表达式。利用此法对水平环肋单管表面传热系数进行计算并将结果与传统解法进行比较。     

超音速蒸汽浸没射流凝结换热的实验研究

针对入口压力为0.20～0.50 MPa的饱和蒸汽在20～70℃过冷水中超音速浸没射流凝结换热进行了实验研究.结果表明入口蒸汽压力和过冷水温度是影响汽羽形状的主要因素.分子动力学理论得到的凝结换热系数在0.16～1.91 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加而增加;湍流强度理论得到的凝结换热系数在0.68～1.68 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加基本不变;对流换热理论得到的凝结换热系数在1.47～2.11 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加先增大后减小.     

出气边形状对叶栅中凝结流动影响机理的数值研究

湿蒸汽两相凝结流中凝结过程对流场参数的变化敏感。本文对一个叶型五种出气边形状对应的凝结流动进行了比较,以初步揭示几何参数影响凝结流动的机理。结果显示,出气边形状的改变影响凝结流中水滴状态、熵增、湿度、出口气流角的分布。在本文计算条件下,当出气边为平行于切向的平面时,流动中熵增最小,叶栅出口处湿度也最小,其原因在于这种出气边形状造成的流场参数改变使叶栅中蒸汽凝结过程受到抑制,叶栅出口蒸汽仍然维持了较高的非平衡程度。     

透平级内动静干涉对凝结特性影响的数值研究

研究了VKI-1透平级内动静干涉对凝结特性的影响.结果表明,静叶尾迹周期性通过动叶栅通道,影响动叶栅内蒸汽的过冷度,级出口湿度相应发生周期性的波动.湿度值在一个周期内有超过60%的时间大于定常计算得到的湿度值;动叶栅内熵增比定常计算结果大7.5%左右.     

湿蒸汽非平衡态凝结流动的数值方法研究

在欧拉-欧拉、非结构有限体积框架下发展了湿蒸汽非平衡态凝结流动的数值方法。推导了基于真实物性,密度、内能和湿度全耦合的Roe通量。提出了适用于欧拉-欧拉法的三自由度TTSE水蒸气表。使用矩方法(MOM)和积分矩方法(QMOM)模拟水珠半径分布,并就时间推进时QMOM方法的不稳定现象给出了修正方法。通过两个无黏喷管和一个湍流平面叶栅算例进行了验证,表明本文的数值方法能比较准确地捕捉非平衡态凝结现象。     

天然气超音速分离器中凝结流动过程数值模拟的研究进展

超音速分离技术因其诸多优点在天然气脱水脱烃方面应用广泛,并在液化领域逐步得到试验他应用。文中介绍了国内外超音速分离过程的数值模拟研究现状,对天然气超音速分离器中的凝结过程和流动过程的现有模型及数值方法及适用性进行了比较和分析,给出了天然气超音速分离、液化过程研究中凝结流动模型选取的建议,并对数值模拟结果进行了分析和总结。     

自发凝结流动数值模拟方法及其在Laval喷管中的应用

本文对存在自发凝结的湿蒸汽两相流动建立了完全欧拉坐标系统下的数理模型。采用考虑了真实流体性质的 LU-SGS-GE隐式时间推进算法和改良型高精度、高分辨率MuSCL TVD差分格式求解存在自发凝结的汽液两相流动控制方程组。文中水及水蒸汽性质数据全部取自IAPWS-IF97国际标准公式。对某Laval缩放喷管内的湿蒸汽自发凝结流动的数值模拟结果表明,本文所采用的数理模型及计算方法是有效和可靠的。     

汽轮机湿蒸汽级中凝结流动的三维数值分析

对一台凝汽式汽轮机低压末三级中的湿蒸汽自发凝结流动进行了三维数值分析,并与忽略自发凝结影响的流动计算结果进行了比较。结果表明,自发凝结流动中,湿蒸汽级组内焓降在各级之间的分配、各级反动度、级的工作压力范围、叶栅出口气流角和出口气流速度发生明显变化。各湿蒸汽级处于“变工况”运行状态,部分湿蒸汽级内流动状况显著变差,并导致叶片强度与振动方面安全性降低。除非平衡凝结损失外,凝结导致湿蒸汽透平级“变工况”运行是湿蒸汽级效率降低的重要原因。     

蒸汽压力对Marangoni凝结换热特性的影响

本文研究了蒸汽压力对水-酒精混合蒸汽竖直平板表面凝结换热特性的影响．搭建了具有高气密性的Marangoni凝结换热实验台,分别针对不同压力(31．16 kPa,47．36 kPa,84．53 kPa)、不同表面过冷度(表面过冷度范围2-32℃)的纯水、水-酒精混合液(气相酒精质量百分比浓度为2．28％,5．1％,51％)和酒精进行了换热特性的实验研究,实验结果表明混合蒸汽在相同流速和浓度下凝结表面传热系数随压力的升高而升高,分析认为这是因为相平衡压力的提高会导致凝结液量增加和凝结液平均温度提高,而使凝结汽液界面的表面张力提高,进一步增强了Marangoni效应的影响,从而使凝结表面传热得到加强．     

进汽参数对汽轮机叶栅通道内自发凝结影响的数值分析

为准确描述汽轮机级内湿蒸汽凝结流动特性,采用双流体模型结合修正的均质成核和水滴生长模型,实现汽轮机初始成核级叶栅通道内非平衡凝结数值求解。通过焓损失系数与自由能理论进一步分析了进汽参数变化对汽轮机叶栅通道内湿蒸汽自发凝结流动的影响,结果表明:随着过热度的降低,非平衡凝结起始位置提前,非平衡凝结现象更剧烈,凝结产生的液相质量分数增加,热力学损失升高;进口湿度对水滴的生长和蒸发速率非常敏感,对凝结冲击位置有很大的影响;入口湿蒸汽液滴直径越大,阻碍相变的自由能壁垒越低,二次凝结现象越易发生,热力学损失越大,当湿度为0.01的液滴直径超过0.2μm时,均质成核的二次凝结现象逐渐发生;二次成核的临界水滴直径随着湿度的增加而增大。     

竖壁膜状凝结过程的相似解

本文建立了含有液膜和汽膜的竖壁凝结物理模型和基于边界层方程组的数学模型，应用相似理论进行了无因次变换，确定了无因次方程的系数及变换函数的形式，并对控制方程组进行了数值求解，推导了考虑液膜对流因素的竖壁膜状凝结局部努谢尔特数的表达式，进而得出了雷诺数范围较宽的竖壁膜状凝结准则的统一表达式。     

均质凝结中蒸汽的极限过冷度

本文应用统计热力学巨正则系综的密度涨落理论；提出了确定均质凝结中蒸汽极限过冷度的方法，得出了蒸汽凝结机制较沸腾机制复杂得多的结论，并推测出动力学影响是蒸汽凝结不可忽略的重要因素。     

甲烷凝结系数的分子动力学研究

对甲烷的蒸发与凝结过程进行了分子动力学模拟，采用特征时间法统计获得了甲烷在不同温度条件下的凝结系数，并与氩的凝结系数进行了比较。结果表明，甲烷与氩的凝结系数都随温度增加而减小，但温度对甲烷凝结系数的影响小于对氩凝结系数的影响，其差异可以用蒸发与凝结的过渡态理论进行解释。     

蒸汽浸没射流凝结引起的冲击特性研究

本文在广泛的蒸汽压力和过冷水温度范围内,针对饱和蒸汽通过不同出口直径的喷嘴在过冷水中浸没射流凝结引起的压力冲击特性进行了实验研究,测量得到了不同轴向位置和径向位置的冲击压力,并分析了入口蒸汽压力,过冷水温度和喷嘴出口直径对冲击压力的影响规律。结果表明冲击压力主要受入口蒸汽压力和过冷水温度的影响;同时,当汽水参数以及无量纲轴向和径向距离相同时,不同出口直径的喷嘴对应的冲击压力变化很小,从而表明喷嘴出口直径对压力冲击影响很小。     

流速对混合蒸汽Marangoni凝结换热影响的实验研究

本文在蒸汽压力为47.36 kPa的条件下,通过实验研究了不同蒸汽流速(u=2、4、5 m/s)下纯水和不同酒精浓度水-酒精混合蒸汽沿重力方向流过竖直紫铜平板表面上的凝结换热特性,并实现了实验的可视化,同时分析了不同蒸汽流速下造成Marangoni凝结换热特性差异的原因.实验及分析结果表明,在相同蒸汽浓度、蒸汽压力和表面过冷度条件下,高流速下的凝结换热系数比低流速的大.且蒸汽流速对凝结换热的影响因混合蒸汽酒精浓度的不同而不同,低浓度0.5%和高浓度50%时流速的增加对凝结换热特性的影响较小,而在中间浓度2%时凝结换热强度随流速的增加明显.     

含CO_2的蒸汽凝结换热实验研究

钙基吸收剂锻烧碳酸化循环法能够有效地控制CO2的排放,其中CaCO3的煅烧过程中加入适量水蒸气能够降低煅烧温度,节约成本,对尾气进行冷凝处理能够得到相对浓度较高的CO2,研究了含CO2的蒸汽在水平圆管上的凝结换热特性,从气相边界层与液膜变化的角度对实验结果做出了解释,并总结了凝结换热经验公式。     

蒸气流速对存在温度梯度的竖直壁面Marangoni凝结换热的影响研究

本文以水一酒精混合蒸气为工质,对蒸气流速对存在温度梯度的竖直壁面Marangoni凝结换热特性的影响进行了实验研究.结果表明:混合蒸气凝结换热系数随蒸气流速的增加而增加,但换热系数对流速的敏感性随酒精蒸气浓度不同而有所区别,在酒精蒸气浓度较低时,流速使换热系数的增加较为明显.对比流速对溶质Marangoni凝结换热特性的的影响,流速对温度梯度和浓度梯度共同驱动的Marangoni凝结换热影响要弱一些.