旋进旋涡与V锥组合计量气液两相流实验研究

目的解决低渗透气田在井间串联、井口混输计量模式下,单井产气、产液量无法准确计量的技术难题。方法基于旋进旋涡流量计和V锥流量计的单相计量原理,通过开展空气-水两相流的室内实验,分析了不同运行压力、气液比以及表观气速下单相流量计的混相计量误差变化规律。借助量纲分析法,分别建立了进动频率和压降与相关无量纲准数的关联公式,并采用室内实验数据分别进行了混相条件下的参数修正,利用两种流量计串联组合的方式,提出了一种适用于低含液率的湿气双参数组合计量模型,并采用延安气田现场的实流数据对模型计算精度进行了验证。结果室内实验时,当湿气体积含液率小于1%时,旋进旋涡进动频率随体积含液率的升高而降低,出现“欠读”现象,而V锥流量计的计量压降随体积含液率的升高而增大,产生“过读”现象。当体积含液率大于1%时,由于气相含液量偏大,造成旋涡进动信号下降规律不明显,从而导致组合计量模型的结果可能出现失真,现场实流测试结果显示,组合计量模型的气相体积流量的平均相对误差为2.029%,液相体积流量的平均相对误差为15.066%,体积含液率的平均绝对误差为0.059%。结论旋进旋涡与V锥流量计的组合计量模型在气相含液量较低时,气相和液相的计量精度可满足现场生产需要,且加工设计成本较低,可以为延安气田排水采气井的气液混相计量提供技术支持。

基于LES模型的箱涵式进水流道水中消涡装置分析

为解决某泵站箱涵式进水流道内部水涡问题,以该泵站箱涵式进水流道为研究对象,基于LES模型,求解5种不同消涡方案对应的箱涵式进水流道内部水涡时空演变过程,定量对比喇叭口处旋涡中心平均涡量变化。结果表明:采用流线型消涡锥和后消涡板方案箱涵式进水流道消涡的效果最佳,相比原方案旋涡涡心的平均涡量降低96.53%,喇叭管进口面的轴向速度分布均匀度为95.7%,速度加权平均角为86.4°,消涡效果较好。

桅杆长径比对有限长锥台形捕能柱涡激横向摆动特性的影响

无叶片风力机是利用捕能柱的风致横向摆动收集风能并将其转换成电能的装置。通过引入桅杆结构并将其与有限长锥台型捕能柱构成一个捕能系统,在建立有限长锥台型捕能系统简化模型的基础上,推导了与捕能系统几何形状相关的无量纲结构系数计算式,探讨了桅杆长径比对有限长锥台型捕能柱涡激摆动特性及捕能效率的影响。所得结果表明,桅杆结构的引入能有效地提升有限长捕能柱的涡激横向摆幅峰值及捕能效率,且其均随桅杆长径比的增大呈现先增大后减小的趋势。与无限长捕能柱结构相比,在桅杆长径比为6.67时有限长捕能柱的能量收集效率提升了44.8%;增大桅杆的长径比会使锁频区间增宽,但捕能系统的固有频率会减小;对于给定的捕能系统存在一个与其相匹配的最佳桅杆长径比。所得结论对于无叶片风力机的设计与实际工程应用具有重要的指导作用。

冷孔板角对涡流管能量分离性能的影响

为研究不同冷孔板角结构涡流管的温度分离特性,从而提高涡流管的天然气井口节流控温效果,本文选用标准k-ε湍流模型建立了以高压甲烷为工质的涡流管能量分离数值模型。结果表明:随着冷孔板角的增大,涡流管内不同轴向位置处的静温和总温先减小再有所回升;流体在涡流管中心和外侧分别呈现强制涡和自由涡的流动形式,切向速度与轴向速度在壁面附近出现峰值;制冷效应与冷孔板角度正相关,而制热效应与冷孔板角呈现负相关规律。

双油路离心喷嘴喷雾锥角特性试验

为研究双油路离心喷嘴特性参数对喷雾锥角的影响,对不同特性参数喷嘴的喷雾锥角进行理论分析和试验研究。结果表明:主、副油路单独供油,喷嘴中心形成了负压空气兰金涡,在较小雷诺数下产生“油泡”形状雾锥;随着雷诺数的增加,由于空气兰金涡、康达效应和边界层的综合影响,雷诺数对单独供油的主油路和副油路喷雾锥角特性影响不同。主、副油路同时供油,雷诺数相同,主、副油路旋向一致的喷雾锥角大于旋向相反的喷雾锥角;采用动量守恒的方法对喷雾锥角进行预测,通过试验数据确定修正系数,在某些情况下可供具体工程设计参考。

圆台扰流换热器的流动与传热特性研究

针对换热器在高雷诺数下的结构强度问题,本文基于低流阻、高传热的球型结构提出一种新型的圆台扰流结构,并将其应用于交叉流换热器中。采用实验和数值模拟相结合的方法对圆台扰流换热器开展了研究,分析了雷诺数(Re=4772~38181)、温比(T_(h)/T_(c)=4~9)和流速比(V_(h)/V_(c)=0.5~4)对该换热器的流动性能、传热性能和不可逆损失的影响规律;通过数值计算对换热器冷气侧通道的流动和传热机理进行了分析,最后基于实验结果拟合了传热关联式。研究表明:圆台凸起的迎风面受到气流的冲击作用有较高的换热系数,而圆台凹坑在尾部呈现出较好的换热效果,雷诺数的增大会增加上述高换热区域的面积。在研究参数范围内,增大雷诺数使得换热器冷气侧通道的努塞尔数和摩擦系数较光滑圆管分别提高了1.67~2.13倍和5.13~12.16倍;温比和流速比对冷气侧通道内的流动和传热影响都较小。不可逆损失随着温比的增大而增大,但当雷诺数增大时,不可逆损失会有所降低;当流速比为2时,不可逆损失达到了极小值。拟合得到的准则式与实验结果较为吻合。本文研究结果可为未来先进空气换热器的结构设计提供参考和借鉴。

开孔式泄水锥对混流式水轮机尾水涡带影响的研究

本文从模型测试和非定常流动分析两方面研究了开孔式泄水锥对混流式水轮机尾水涡带的影响,通过对比水力效率、涡带型式、压力脉动频谱分析,表明泄水锥开孔对于涡带强度具有一定抑制作用,并能在一定程度上降低压力脉动的能量,达到提高机组稳定性的目的。

防返混锥对旋风分离器旋进涡核的抑制作用

用热线风速仪采样测定了装有防返混锥的旋风分离器旋进涡核 (PVC)的作用范围和频率、幅值等参数 ,并用FFT变换的方法进行了处理。结果表明 ,防返混锥极大地抑制了旋进涡核的作用 ,特别是使旋进涡核的作用范围控制在内旋流很小的区域内 ,有效地防止已分离粉尘的再次扬起。

泄水锥对水轮机尾水管压力脉动影响的试验研究

通过水轮机模型试验,对尾水管内产生的空化涡带现象进行观测,同时对尾水管不同位置的压力脉动信号进行采集。讨论了不同形式泄水锥对尾水管压力脉动的影响,并分析了泄水锥减弱尾水压力脉动的基本原理。实验研究结论可提高大型水轮机组稳定性。

水工建筑物进水口自由表面漏斗旋涡消除措施的试验研究

水工建筑物进水口形成的自由表面漏斗旋涡,对工程危害极大。本文对自由表面漏斗旋涡的消除措施进行了试验研究,给出30种消涡措施(包括一些布置形式)。

波浪锥型圆柱流固耦合振动机理研究

为增强及控制无叶片风力俘能结构能量采集效率,该研究将表面结构斜率参数引入波浪型圆柱,发展了一种新型波浪锥型圆柱,试验研究在雷诺数Re=3900下不同波长比、波幅比、斜率参数的波浪锥型圆柱涡激振动响应特性。研究发现:在不同折合流速下,斜率k=0.05的锥型圆柱和波长比λ/D _(m)=1.75、波幅比α/D _(m)=0.10、斜率k=0.05的波浪锥型圆柱最大振幅较直圆柱分别增长26.4%和12.6%,且锁频区间得以拓展;当折合流速在锁频区间内时,在波浪锥型圆柱绕流尾流中观察到了“2S”、“2P”漩涡脱落模式,并且“2P”漩涡脱落模式在往下游发展的过程中有转变为“2C”模式的趋势。该研究可为无叶片风力俘能结构涡致振动的增大和发电效率的提升提供理论支持。

锥形流量计尾流流场分析

锥形流量计尾流流场通过差压影响锥形流量计的流出系数,是影响锥形流量计性能的关键指标.为此,使用PIV实验的方法研究DN100口径,β为0.65,前后锥角分别为26.0°和67.5°的锥形流量计尾流流场的速度分布状况.通过PIV实验得到锥形流量计尾流中存在漩涡结构.对比PIV实验和CFD仿真得到的锥形流量计尾流漩涡处的速度分布、漩涡中心得出结论：SST k-ω湍流模型更适合锥形流量计的三维流场的仿真.利用校准后的CFD仿真得到2个规律：经过管道内径的无量纲化以后,锥形流量计尾涡的涡心、漩涡尺寸在4×104~3×105的入口雷诺数范围内仅与β相关;在此入口雷诺数范围内,同一锥形流量计的尾涡涡心的位置和漩涡长度保持稳定.

泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响

为了探究泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响,采用SST湍流模型对某混流式模型水轮机进行了全流道三维非定常模拟.对额定工况下原泄水锥、泄水锥加长这2种方案,以及对部分负荷工况下原泄水锥、泄水锥加长、泄水锥加长后补水这3种方案进行了计算.分析了不同方案下尾水管水流流线、尾水管各断面压力、尾水管涡带及流体的涡流黏度值的变化情况.结果表明:在额定工况下,泄水锥加长后对尾水管水流有稳流效果且水轮机效率略有提高;在部分负荷工况下,泄水锥加长后尾水管中心产生的涡带有变小的趋势,但涡带的偏心距稍有增加,而向尾水管补入2%额定流量的水流后,尾水管流态明显改善,直锥段水流的涡流黏度值降低,尾水管涡带的偏心距和涡带形态都有所减小,由偏心涡带引起的低频压力脉动幅值也有明显降低.

轴向涡流分离器工作机理及机筒最佳锥角研究

为了研究轴向涡流分离器的结构和分离机理,促进该技术在国内的推广应用,采用涡动力学对轴向涡流分离器机筒内液体的流动情况进行研究,分析了不同转速、分流比下机筒锥角对切向速度和分离效率的影响。分别采用非结构网格和结构网格对轴向涡流分离器物理模型进行网格划分,取模型网格数量为140万个。模拟结果表明,当机筒锥角为10°时,机筒内液体的涡流半径最小而平均切向速度最大;安装有10°锥角机筒的轴向涡流分离器最佳转毂转速范围是3 100～4 300 r/min,在此转速范围内运行时分离器分离效率可达90%以上。

主要结构参数对微型旋风分级器性能的影响

颗粒的分级作为目前粉体材料加工与应用的基本技术之一,已被广泛的应用于各个领域,如矿物加工与分选、冶金等方面。旋风分离器的主要结构参数对旋风分离器内的流场影响最大,但目前鲜有人研究其对分级的影响。通过对旋风分离器的锥角与排气管插入深度进行数值模拟研究,采用非稳态离散项模型与雷诺应力模型的方法研究其对压力降与分级性能的影响。结果表明:排气管插入深度对分级粒径和分级精度都有显著的影响,插入深度过小甚至没有插入深度都对分级精度的提高不利,但插入深度增大会增大分级粒径和压力降;对于分级精度,锥角存在最佳值,但分级粒径和压力降都随锥角的增大而增大;最佳锥角值与溢流管插入深度有关,其随着溢流管插入深度的增大而减小;自然旋风长在分级精度曲线峰值处保持在一个稳定的范围内,对于柱段长度与入口结构不变的情况,自然旋风长在3.2 D^3.5 D之间分级精度较高。

喷气涡流纺锥面体结构参数的优化

锥面体是喷气涡流纺喷嘴的重要组成部分,为了研究锥面体结构参数对纺纱的影响,对喷气涡流纺锥面体的结构参数(尖端锥度γ、尖端内径d')进行了研究,选择6种尖端锥度γ(7.5°、10°、12.5°、15°、17.5°、20°)和6种尖端内径d'(1 mm、1.1 mm、1.2 mm、1.3 mm、1.4 mm、1.5 mm),以39 mm×1.23 dtex粘胶纤维为原料在喷气涡流纺纱小样机上进行纺纱实验,实验研究结果表明:γ为12.5°～15°,d'为1.3 mm～1.4 mm是锥面体的最佳结构参数。

沈阳综合体育馆大跨封闭屋盖平均风压数值模拟

为验证数值模拟在大跨封闭屋盖平均风压应用的可行性,采用数值模拟的方法对沈阳奥林匹克体育中心综合体育馆屋盖平均风载进行了分析,得到屋面上不同风向下的总升力与平均风压分布,分析了总升力随风向变化的规律性,并将平均风压分布与风洞试验结果进行了对比分析,可看出两种方法在三边有屋檐的屋面上的结果接近,说明数值模拟方法模拟封闭大跨屋盖的平均风压分布可行.通过悬挑边和圆弧边对比,可看出SSTκ-ω湍流物理模型在计算以分离流为主的流场时,精度很好.最后研究了不同形式屋檐屋面上锥涡分布的特点.

圆台扰流板式空气换热器传热与流动特性实验研究

板式空气换热器是热能再利用的重要装备,可以有效地提高能源利用率.本文研究了一种新型的圆台扰流板式空气换热器,通过模拟实际工况,在不同热、冷温比及流速下对其进行了实验研究.根据实验结果拟合了传热准则式和摩擦系数方程,分析了不同雷诺数(Re)下圆台扰流板式空气换热器流动及传热性能,探索了不同温比(T_(h)/T_(c))和流速比(V_(h)/V_(c))对总传热系数和熵产数的影响规律,最后通过敏感性分析获得了各输入参数对换热器性能影响的重要程度.研究结果表明:拟合得到的准则式与实验结果较为符合;与光滑圆管相比,圆台扰流板式空气换热器的传热性能提升了1.93~1.69倍,但相应的阻力系数增加了4.66~7.33倍,综合性能提升了11.68%~17.98%.综合考虑总传热系数和熵产数时,应尽可能地选择温比较低及流速相近的工况,此外,流速比对总传热系数的影响更大,而温比在对熵产数的影响中占主导作用.研究结果可为未来先进空气换热器的结构设计提供参考和借鉴.

径向浓淡旋流燃烧器用耐热抗磨中心扩锥试验研究

通过对中心扩锥采用各种材质对比分析，研究确定耐热抗磨中心扩锥材质。经过电厂运行实践表明，该中心扩锥高温氧化变形小、抗磨性好、使用寿命长。

20°圆锥分离流动的发展特性

文章对20°顶角的圆锥-圆柱组合体在3.0×1.6 m低速低湍流度风洞进行了表面压力分布测量和二维粒子图像测速。基于圆锥底面直径的雷诺数0.3×106,迎角0°-35,°包含40个滚转角,以9°为等间隔,滚转角范围0°-351°。文中主要分析了不同迎角下,圆锥段9个测量截面上的压力分布以及积分得到的截面当地侧向力随滚转角的变化特性,由压力分布对测量截面的流动分离状态进行了推断,推断结果与二维粒子图像测速实验进行了比较。结果表明：迎角从0°增大到35°的过程中,当地侧力系数随滚转角的变化曲线分别呈现：①零值线;②连续波曲线;③方波曲线。当侧力系数变化呈现连续波曲线和方波曲线时,所有测量截面上波曲线的周期和相位都近似相同。圆锥上非对称力的产生和发展是由于分离涡的不稳定性造成的。