海洋条件下印刷电路板式换热器多通道内超临界液化天然气瞬态分配特性分析

印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)是海上液化天然气(liquified natural gas,LNG)浮式储存和再气化装置的核心部件。在海洋条件下,其内部微细多通道间的流量分配特性复杂多变,易急剧恶化,严重影响气化效率和运行安全。通过UDF程序分别引入晃荡导致的周期性变化的附加惯性力及LNG物性计算关联式,构建适用于PCHE内超临界LNG流动与传热的三维非稳态模型,并开展了数值研究。结果表明,相比于初始稳态条件,晃荡过程中PCHE各通道内超临界LNG的流量及温度等参数随之发生周期性的震荡,而且工质分配的均匀性明显恶化,各通道间流量、温度分布的相对标准偏差均显著高于初始稳态值,最高甚至达到初始稳态值的3倍以上;晃荡振幅及晃荡频率越大,PCHE各通道间工质的流量分配及温度分布越不均匀;相比于在垂直于通道内工质流动方向上施加晃荡作用力,当在工质流动方向上施加晃荡作用力时,晃荡作用引发的工质分配恶化现象明显较为微弱,通道内参数的震荡幅度明显降低。

集成有机朗肯循环的Allam-LNG冷电联产系统的热力学分析

为实现我国“碳达峰和碳中和”的目标,化石燃料的低碳发电甚至零碳发电是未来发电技术的重要发展方向。该文提出一种包含Allam循环和有机朗肯循环(organicRankine cycle,ORC)的冷电联产系统,并利用液化天然气(liquefied natural gas,LNG)的冷能使Allam循环透平排气液化。对系统中的设备进行建模,并比较分析4种有机工质,同时进行详细的参数敏感性分析。结果表明,相比于不包括ORC作为底循环的Allam-LNG系统,该系统具有更好的热力学性能。采用R170作为有机工质的联合循环能够获得最高的发电效率和㶲效率,分别为64.90%和45.29%。参数分析结果表明,ORC底循环参数的变化不会影响顶循环的热力学性能,并且增加ORC最大压力和有机工质流量,均能提高联合循环的㶲效率和比功。提出的冷电联产系统有效利用了LNG再气化过程中释放的冷能,提升了Allam循环的发电效率。

Level Set方法及其在两相流数值模拟研究中的应用

本文介绍了一种崭新的捕捉两相流相界面的 Ｌｅｖｅｌ Ｓｅｔ方法，并应用该方法对两种互不相容流体间的平面界面波动现象进行了数值模拟，捕捉到了两相流界面波动过程中的一些复杂现象。计算结果与实验观测现象符合良好，表明这种方法是一种很有前途的两相流数值模拟方法，很值得进一步研究和推广。

LEVEL SET输运方程的求解方法及其对气-液两相流运动界面数值模拟的影响

用数值模拟方法来研究气-液两相流动与传热现象是当今多相流领域的一个热门课题。由于两相流固有的复杂性,气-液两相流界面迁移现象的数值模拟一直是两相流研究中的一大难点。本文介绍了捕捉气-液两相流相界面运动的水平集方法(LevelSet)及其研究进展,介绍了求解LevelSet输运方程的3种方法,即一般差分格式、Superbee-TVD格式和Runge-Kutta法-5阶WENO组合格式。结合主流场的求解,分别用这3种方法对4种典型相界面在5种流场中的迁移特性进行了模拟计算,并对计算结果进行了比较和分析。结果表明,Runge-Kutta法-5阶WENO组合格式求解LevelSet输运方程的效果最好,在以后的计算中将主要采用这种组合格式来进行气-液相界面输运方程的求解。

超临界水在倾斜光管中的传热不均匀特性研究

对超(超)临界压力下水在倾斜光管内的传热特性进行了比较系统的实验研究。实验段管径为φ32×3mm,倾角α=20°;试验压力P=23～34 MPa,内壁热负荷q=300～500 kW/m^2,管内质量流速G=300～2000 kg/m^2s。得到了不同工况下倾斜光管内壁温和管内换热系数的周向分布及其变化规律,考察了压力、质量流速及热负荷对倾斜光管内壁温度的周向分布的影响,重点分析了管内上下母线处内壁温度差随工质焓值变化的特性及机理,讨论了大比热区水的物性变化对倾斜光管内传热不均匀性的影响,并与亚临界压力下的对应实验结果进行了比较.

投球调剖堵水技术模拟试验

通过大量的试验观察与测量 ,对投球调剖堵水工艺的可行性和有效性进行了试验验证。主要考察了目标层位置、注水总流量、炮眼流量及调剖球密度与直径等因素对投球调剖效果的影响 ,得到了投球调剖的封堵规律及其对各层流量的调节作用规律。试验所得的规律与理论分析结果具有很好的一致性 ,可为油田现场操作提供指导依据。

注水井投球调剖工艺的理论与实验研究

报道了本课题中5个方面的研究结果。①将注水在炮眼附近的流场看作大空间内细支管的向外射流,简化为二维问题,数值求解注水的控制方程,得到了主管流速一定、支管流量比不同时的若干射流流场,指出了流场特点,表明此调剖方法是可行的。②给出了调剖球在注水中所受8种力的表达式,由力值量级比较认为,在实际条件下重力、惯性力、广义浮升力、附加质量力和粘性阻力是主要作用力,而Basset力、Magnus力和Saffman力可忽略。③剖析了调剖球在注水管、井筒、油套环空流动和被炮眼吸附时的运动状态。④讨论并计算了调剖球在注水中的运动轨迹,给出了球直径、密度、炮眼流量比、球初始位置影响封堵的二维图示。⑤简述了在包含3个吸水层、总质量流量为5t/h的模拟实验装置上测得的各层堵球数、堵球概率和分流量与投球数的关系,给出了一个调剖球封堵底层炮眼的实测运动轨迹,验证了该条件下炮眼附近的流场。图20参9。

垂直并联多通道内高温高压汽水两相流密度波型不稳定性的实验研究

在高压汽水两相流实验台上对垂直上升并联多通道中的汽 水两相流密度波型不稳定性进行了系统的试验研究,发现了并联多通道中汽液两相流密度波型不稳定性的主要特征,确定了系统压力、质量流速、入口过冷度、热负荷、进口及出口节流、可压缩容积等对该类不稳定性的影响;并将垂直并联多通道内高压汽液两相流的密度波型不稳定性与垂直并联双通道和单通道内的密度波不稳定进行了对比分析。所得结果可为大型直流锅炉和蒸汽发生器的设计提供依据。

含尘气流中换热器管壁磨损特性的实验研究

对光滑圆管 ( O-T管 )、高频焊螺旋翅片管 ( HF-T管 )及镍基渗层钎焊螺旋翅片管 ( HF-T-NL管 )的磨损特性进行了实验研究 ,确定了各种管子的磨损量及磨损部位 ,并对其抗磨损性能进行了比较。结果表明 :由于镍基渗层极大地提高了管材的表面硬度 ,同时有效地增强了管子的抗氧化腐蚀能力 ,从而使镍基渗层钎焊螺旋翅片管的耐磨损性能远远优于其它两种换热管。使用镍基渗层钎焊螺旋翅片管可大大地提高换热设备在高温含尘气流中的工作寿命。图 6表 4参

蒸汽-冷流体接触冷凝流动的数值模拟

介绍了关于蒸汽-冷流体直接接触冷凝流动与传热的数值计算模型与部分研究结果。用Level Set方法确定蒸汽-冷流体接触界面的位置和形状,建立了对蒸汽和冷流体普遍适用的动量、能量和质量守恒方程,在能量和质量寺恒方程中增加了部分项用于计算蒸汽冷凝所产生的影响。用有限差分法在交错网格上离散控制方程,用Runge-Kutta法-五阶WENO组合格式求解Level Set输运方程,用压力修正的迭代Projection方法求解动量方程,而用SIMPLE方法求解温度控制方程。对算例的计算结果表明,本文所建立的数值计算模型能反映物理现象的宏观特性。根据计算结果,分析了本文模型的优缺点,并指出了今后改进的方向。

高温熔融液滴的破碎特性研究

本文采用高速摄影和数字图像处理技术对高温熔融液滴与冷却水作用时的破碎现象进行了研究,用图像技术对高速摄影(1000 fps,512×512象素)照片进行处理,识别液滴破碎后所形成的碎片,并统计出碎片的数目及尺寸分布;还对液滴温度、冲击速度、水温等因素对液滴破碎过程的影响进行了实验研究和分析。研究结果表明,随着实验条件的改变,液滴破碎后的碎片有三种典型形态,冷却水温度对碎片形态有重要影响;碎片的当量直径符合累积高斯分布,分布曲线可用Sigmoid函数表示;冷却水温度越高,冲击高度越大,液滴温度越高,液滴的破碎过程进行得越彻底。

管内湍流旋流的数值计算

本文用有限差分法对直管内的湍流旋流进的行了数值模拟。计算中采用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ湍流涡粘性假设的基本思想和Ｋ－ε双方程模型来求解雷诺应力各分量。为了反映旋流中湍流传输的非均匀性和各向异性特征，对雷诺应力各分量及与之相应的各湍流粘性系数分别进行计算。计算结果表明该模型能较好地反映直管内湍流旋流的流动结构。

水平管内气液两相族流的流型及其变化规律

在水一空气两相流实验台上对水平管内由切向喷射方法产生的气一液两相切向旋流的流型进行了细致的观测和分析，发现并定义了水平管内两相旋流的５种流动状态，分析了其流动特点；研究了入口气／水流量、旋流强度以及溢流出口溢流现象等因素对流型变化规律的影响，并与无旋两相流的有关研究结果进行了比较．

高温熔融液滴破碎特性实验研究

对高温熔融液滴在水中的破碎特性进行了实验研究,重点考察和分析了液滴材料的物理化学性质、熔化潜热和熔融液“粘糊状区域”(Mushy Zone)等因素对液滴破碎过程的影响。用共晶和非共晶的铅(Pb)-铋(Bi)合金作为液滴材料,用水作冷却剂,完成了约10个系列的实验工况,分别测量了液滴破碎后碎片的累积质量分布和质量平均尺寸。根据实验结果探讨了液滴材料的焓、熔化潜热、粘性等因素影响液滴变形与破碎过程的规律。

350万吨/年重油催化裂化外取热器水动力特性计算方法

针对大连石化公司四催化外取热器蒸发换热管路的复杂结构,详细介绍了外取热器复杂管路系统的循环水动力特性计算原理和方法;分析了外取热器管路的结构特点,建立了水动力特性计算模型,并采用求解非线性方程组的拟牛顿法法进行计算,编写了计算机程序,实现了对72个变量的同时求解;将程序的计算结果与经典图解法的计算结果进行比较,证明本文的计算机程序及算法可靠而且简便;根据本文的计算结果,从水循环的角度分析了四催化外取热器换热管爆管的原因.本研究对解决复杂管路的水动力计算问题提供了很好的范例.

水平管内气水两相旋流的速度测量与分析

水平管内气水两相旋流的速度测量与分析李会雄，周芳德，陈学俊（西安交通大学多相流国家重点实验室西安７１００４９）关键词两相流，旋流，速度分布，水平管１引言以往针对气一液两相旋流所进行的研究工作有如下三个特点：第一，借助于相似几何结构内单相旋流的研究结果...

径向流体横掠管束时的阻力特性

本文对环形空间内流体沿径向横掠管束时的阻力特性进行了研究，考察了流动方向，管束管排数及绕流平均雷诺数的影响，并对两种不同的方向下的流动阻力特性做了对比，将本文的研究结果与平行流横掠顺和错排管束时的阻力特性进行比较，两者有很大的差别。

锅炉过热器与再热器流量分配的非线性数学模型及壁温计算方法

根据并联管组各根管子进、出口压力降之间的关系 ,并考虑到分配集箱与汇集集箱中流体的静压变化 ,建立了锅炉过热器、再热器流量分配的非线性数学模型。该模型所使用的经验参数较少 ,具有较高的计算精度 ,并可求出每根管子基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (5 9995 46 0 )。中的工质流量。各根管子上的热负荷分布已知后 ,再考虑到流量分配特性 ,即可确定需要进行壁温校核的危险部位及其壁温。此方法克服了目前常用的电厂锅炉壁温计算方法中校核点工质流量与热负荷并不一定互相对应的缺点。针对蒲城电厂 330MW塔式燃煤直流锅炉 1号过热器的改造方案 ,利用本文提出的方法与电厂锅炉常用的壁温计算方法分别计算了 10 0 %与 5 0 %锅炉运行负荷下危险部位的壁温。结果表明 。

超临界压力区倾斜上升光管壁温分布与传热特性的试验研究

在超临界压力下,对倾角α=20°的φ25×2.5(mm)不锈钢倾斜上升光管内水的传热特性及管壁温分布进行了试验研究.试验参数范围:p=23～28 MPa,质量流速G=600～1200 kg/(m2s),平均内壁热流密度q=300～600 kW/m2.试验结果表明:倾斜管壁温及传热系数沿周向分布不均匀;不均匀分布特性在不同焓值区不同;在略低于拟临界焓值区,管壁面换热系数有一个峰值;提高质量流速可减小不均匀性,压力对拟临界焓值区的传热特性和不均匀性影响较明显;内壁平均热流密度对不均匀性和传热的影响大,在较低热流密度时,上母线温度最高,下母线的温度最低,而在高热流密度时,侧面的温度最高.并研究了因为浮力引起的自然对流对不均匀性的影响.

内螺纹管内超临界水的流动阻力特性试验研究

在压力22.5~28MPa,质量流速600~1000kg·m-2·s-1,工质比焓800~3100 kJ·kg-1范围内,对超临界水在四头内螺纹管内的流动阻力特性进行了试验研究,得到了不同工况下内螺纹管流动阻力的变化规律,分析了压力、质量流速和工质比焓变化对内螺纹管摩擦阻力系数的影响。试验结果表明：超临界压力下质量流速对摩擦阻力压降有很大影响,但对摩擦阻力系数的影响很小;在拟临界区域摩擦阻力系数有阶跃式增长现象,且这种阶跃增长现象随着压力的增加而减弱。整理试验数据得到超临界水的内螺纹管摩擦阻力系数经验关联式,与试验值相比误差小于15%,为设计具有良好水动力特性的超临界锅炉提供可靠依据。