基于两相流EWF模型蒸发式空冷器数值模拟

建立了8排蒸发式空冷器管束三维模型,在恒壁温边界条件下,在管束表面施加质量源项模拟喷淋液膜,采用Eulerian Wall Film (EWF)模型与Mixture Species Transport模型耦合来研究蒸发式空冷液膜与空气间热质传递。数值模拟得到的空气出口温度、含湿量的数据与试验数据的误差分别为-0.67%～-0.98%、-4.95%～2.29%。比较了不同喷淋流量下管束表面液膜质量分布,小喷淋流量下液膜主要分布在管壁下半部分,随着喷淋水流量增加,管壁液膜分布趋于均匀,管排水膜温度由上至下先增加后减小。由于空气在管束背风面的流速较低,形成较高含湿量与温度三角区域。数值模拟得到的水膜与空气间的传质系数比试验值小,误差为-8.00%～-9.30%。揭示了蒸发式空冷器热质传递机理,为蒸发式空冷器设计改造提供了理论基础。

基于文丘里流量传感器的湿气两相流量模型研究

研究旨在通过计算流体动力学（CFD）仿真技术预测的湿气气、液两相流量。以双差压长喉颈文丘里流量传感器为测量手段。模拟压力范围0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 MPa,气相体积流量范围为140-283 m^3/h,温度范围23-30℃,含液率范围0.5%-1.5%。文丘里流量传感器口径为DN100,节流比为0.55。多相流模型采用离散相模型（DPM）,利用欧拉壁面（EWF）模型以模拟管壁上的薄液膜。分析得出压力、气相流速和液相体积含率（LVF）对液膜厚度的影响规律。根据仿真结果建立基于双差压比值法的气、液两相流量预测模型。将仿真值与实验值进行比较,气相流量模型预测的均方根误差为1.8%,且液相流量模型预测的均方根误差为6.1%。

基于欧拉壁面液膜模型的三维热气防冰腔数值仿真

提出了一种基于欧拉壁面液膜(EWF)模型的热气防冰腔性能仿真计算的新方法。通过FLUENT软件用户自定义标量(UDS)框架求解水滴控制方程获取三维表面水滴撞击特性。通过对各微元的水收集率、水膜蒸发率等进行质量平衡分析得到了通过该微元的质量流量,并以此作为EWF模型质量流量边界条件进行空气驱动下三维水膜厚度分布的计算,进而建立了防冰表面水膜流动动态模型。在此基础上建立了适用于三维防冰表面的耦合换热模型,通过引入亚松弛因子实现了内外流场、水膜流动及蒙皮导热的松散耦合求解。通过对某发动机短舱模型三维算例计算结果的分析和对比,结果表明所采用的计算方法是合理可信的,可以用于三维防冰腔性能的计算。

双蜗壳旋流器内部流场及液膜特性的数值模拟

为探究双蜗壳气液旋流分离器内部流场分布规律及液膜的形成,采用EWF模型,通过CFD数值模拟得到双蜗壳气液旋流分离器内速度分布和压力分布,并结合流场分析液膜的形成及运动特性。研究结果表明:柱段上半部分受排气心管底部的影响,排气管近壁面处的切向速度骤降;柱段下半部分切向速度呈“M”形的轴对称分布;轴向速度呈外围下行流,中心上行流的分布趋势;渐缩段三相速度均较稳定,数值相对较小且呈现良好的规律性;压力最低处位于排气心管底部中心处;柱段和渐缩段压力呈轴对称分布,外旋流压力高,内旋流压力低;柱段和渐缩段流场分布较稳定,是两相分离的关键部位,液膜也在此段形成。所得结论可为天然气水合物排水采气装置的研发和应用提供理论依据。

大平板上液膜冲击附板行为的数值模拟研究

利用FLUENT内的EWF模型对大平板上液膜冲击附板时发生的一系列流动行为进行了三维数值模拟研究。分析了不同工况下大平板上不同流量下降液膜冲击不同宽度和厚度附板后的液膜损失,并对比了一定高度返回槽收集水量的实验值和模拟计算值,两者吻合程度较为良好。分析了液膜冲击附板的流动行为的4个过程,并通过分析附板尺寸和液膜流量对液膜冲击附板行为的影响,得到了液膜损失率与受附板高度影响的液膜溅射空间数和液膜冲击附板时的韦伯数之间的关系,发现EWF模型在模拟降液膜冲击不同焊缝高度的附板时存在不足。

大尺寸平板上降膜蒸发传热的数值模拟

第三代先进压水堆中非能动安全壳冷却系统对于保护核电站安全具有关键作用,因此进行降膜换热机理研究具有重要意义。前人对于降膜蒸发的试验研究很多,但鲜见平板降膜蒸发的数值模拟。现有模拟方案由于计算量的限制,局限于二维模型或小尺寸的三维模型,且只分析了蒸发过程中的温度变化等。提出采用CFD软件Fluent中的Eulerian wall film模型与Mixture Species Transport模型耦合的方案对水膜试验台架全尺寸三维模型(板长:5 m,板宽:1.2 m)下的降膜蒸发和传热传质现象进行了数值模拟,通过对比试验与模拟结果,确定了EWF模型中蒸发常数的正确设置,且蒸发率、换热量以及舍伍德数吻合较好,最大偏差小于20%,验证了建立的数值模拟方案的正确性。在此基础上,进一步数值分析了水膜蒸发换热的影响因素,其中:入口水流量、入口风温、入口水温和平板倾角对总换热量影响很小,可以忽略;入口风速是影响总换热的重要因素,入口风速越大,总换热量越大。以上结论均是在保证水膜全覆盖板面的条件下得到的。为接下来的PCCS全尺寸模型的计算提供了理论依据。

双椭球凹坑管内含不凝气体的蒸汽凝结数值研究

该文以热能回收系统中高效换热管为研究对象,基于EWF欧拉液膜模型,通过数值方法,研究了双椭球凹坑管内含不凝气体蒸汽的管内凝结特性,并与圆管进行了对比;同时分析了蒸汽流速、不凝气体含量、壁温以及结构参数对冷凝换热效果的影响。结果表明:双椭球凹坑管具有更好的冷凝换热效果,在凹坑处具有更大的努塞尔数。在考察的范围内,蒸汽流速越大,不凝气体含量越低,壁面温度越高,凹坑深度越大,凹坑间距越小,周向凹坑个数越高,壁面具有更高的努塞尔数。