亚毫米气泡和常规尺寸气泡气液两相流流动与传质特性对比

通过实验和数值模拟系统研究了亚毫米气泡鼓泡塔与常规鼓泡塔在流动和传质特性上的区别,并建立了适用于亚毫米气泡气液两相流流动和传质过程的数值模拟方法。研究结果表明,相比常规鼓泡塔,相同操作条件下亚毫米气泡鼓泡塔的气泡尺寸分布更窄,平均尺寸降至前者3%左右,气含率提高2倍以上,比表面积提高2个数量级。另外亚毫米气泡气液两相流中气液径向分布更均匀,轴向返混程度更小。亚毫米气泡鼓泡塔的相界面积是强化传质的关键控制因素,其液相传质系数虽低于常规鼓泡塔,但依靠巨大的相界面积,其体积传质系数是常规鼓泡塔的10倍左右。针对大规模鼓泡塔反应器的模拟结果也表明,亚毫米气泡可使反应器达到更均匀的气含率分布,受初始气液分布的影响小。

CO_(2)多气泡上升过程传质特性的数值分析

为了揭示CO_(2)多气泡上升行为和气液传质过程的相互作用机制,通过VOF(流体体积法)多相流模型结合自定义程序,实现气泡流动与传质的耦合,数值模拟结果表明:CO_(2)多气泡上升过程出现了聚并、破碎、自由上升和排斥等相互作用现象,气泡尾流经历对称脱落、过渡态和周期性脱落3个阶段,气泡初始间距、气泡初始大小和液相物性等因素共同影响着多气泡的运动和传质过程。初始间距较小时气泡易聚并,聚并过程减小了气液接触面积,不利于传质;初始直径较小时气泡运动越不稳定,停留时间长,可以促进气液传质;液相黏度越大阻力越大,抑制了气相在尾流的扩散,不利于传质。

某双油路离心式喷嘴雾化性能分析

燃油喷嘴的雾化对于解决航空发动机燃烧室问题是至关重要的,为探究某双油路离心式喷嘴的雾化性能,运用两相界面追踪流体体积(Volume of Fluid,简称VOF)方法对该喷嘴的内外部流场进行数值仿真。以双油路离心喷嘴的雾化锥角、质量流率以及液膜厚度作为雾化性能指标,分别模拟出主油路单独供油、副油路单独供油以及主副油路同时供油三种不同工作模式在不同压差条件下喷嘴燃油流动的稳态情况,获得双油路离心喷嘴的雾化性能指标并对其影响规律进行研究。结果显示:数值仿真能较好地模拟出喷嘴的雾化特性,随着压差增大,扩口式主油路单独工作时的雾化锥角减小,平口式副油路单独工作时的雾化锥角增大。当主、副油路同时工作时,雾化锥角随压差的增大而增大且始终处于单路单独工作时的雾化锥角之间;质量流率随着压差的增大而增大且增幅逐渐减缓;液膜厚度在低压区随压差的增大而迅速减小,随后趋于稳定。

板式蒸发式冷凝器传热传质的数值模拟

在考虑表面张力动量源项和气—液两相间传热传质源项的条件下,基于Volumeof Fluid算法,建立了板式蒸发式冷凝器气—液两相降膜流动传热传质的计算模型.利用该模型定量分析了壁面热流密度、液相进口温度和空气流速对竖直板面温度分布、气—液两相界面处潜热和显热传热热量密度的相对关系的影响.结果表明:液膜和空气内温度随壁面热流密度的增大而增大,在气—液两相界面处,温度梯度不连续;气—液两相界面处的传热形式以水蒸发传质引起的潜热传热为主、空气显热传热为辅,且传热热阻主要集中于水膜内;随空气流速的增加,气—液两相间传质量也随之增大.

流动液膜的数值模拟研究综述

液膜流动现象广泛存在于自然界中,作为一种高效传热传质技术,其在化工等领域有着广泛的应用。近几年来,国内外学者越来越热衷于运用数值模拟技术来研究液膜的流动特性及传热传质特性。本文归纳分析了数值模拟研究中液膜自由液面的追踪方法。总结了不同壁面结构、不同壁面倾角、液体物性、液相流量与气相流速4个方面对液膜的流动特性的影响规律,以及改变壁面倾角、入口雷诺数、入口添加扰动时表面波呈现的波动特性。此外,还论述了流动液膜的传热传质特性的研究现状。所得结论对流动液膜的数值模拟研究具有一定的参考价值,最后提出了用数值模拟方法研究液膜流动的缺陷与不足,展望了更加科学合理地研究流动液膜的方法。

太阳能平板降膜再生过程的数值模拟

针对太阳能平板集热型再生器中辐射传热和对流传热边界条件,建立了传热传质过程的数学模型,对采用氯化钙溶液的再生过程进行了数值模拟分析,对影响再生过程的各种主要因素做了较详尽的分析.模拟结果表明,较低的溶液入口质量分数和空气入口含湿量以及较高的溶液入口温度能够增大溶液表面和空气间的水蒸气压力差;而增大空气流动Re数和空气/溶液质量流量比可以提高空气、溶液间水分传质系数.采用这些措施都能够得到更好的再生效果.

材料物性对抛物线形波纹基底上冷却液膜流动传热特性的影响

为分析比较不同材质基底上冷却液膜的流动传热特性,提出一种抛物线形波纹基底,并且分析了不同材料物性对这种新的基底上冷却液膜流动传热特性的影响。利用FLUENT软件,对选用不同材料基底时液膜的温度场进行数值模拟;采用选取特征点的方法,得到了各特征点上的速度分布,漩涡强度,熵,雷诺数(Re),流函数,以及焓等物理参数并绘制相应分布图;结合上述数值摸拟和各分布图,对陶瓷、铝和玻璃钢材质上液膜的流动传热特性进行对比分析。结果表明,不同的材料物性对新波纹基底上冷却液膜的流动传热特性有不同程度的影响,在上述3种材料中换热效果最好的为陶瓷。

高温气体穿越液池过程气液传热传质数值分析

建立气液二相间动量、热量及质量同时传递数学模型,数值模拟了高温气体穿越液池气液直接接触热质传递规律。模型中考虑了气泡破碎、聚合以及冷却水蒸发等因素的影响。数值模拟获得了液池内气液二相温度变化规律,探讨了液池内表观气速、气泡尺寸以及进入液池气体温度等因素对液池内气液二相温度分布特性的影响。计算结果与实验值吻合较好,验证了模型的可行性。数值模拟结果表明:高温气体在进入液池后,首先经历一个剧烈的气液热质交换过程,存在一个较大的温度梯度变化,而随后气体温度变化趋于平缓;随着液池内表观气速的降低,池内气体温度降低;最大冷却水蒸发速率和最高气体温度均出现在靠近下降管出口的区域。

降膜结晶分离过程热、质及动量传递的数值模拟(Ⅱ)模拟计算

采用液固二相分区域统一模型 ,以二元有机熔体 (萘 -硫茚 )为例 ,对实验管式降膜结晶器的动量、热量和质量传递过程进行了数值模拟 ,获得了液相区和固相区随时间的变化和枝晶状液固两相区内固相含量的变化及全场温度分布以及主组分萘分布及流场速度分布随时间的变化 .由积分得到的结晶层厚度及萘纯度与相应的实验数据进行了比较 ,所得结果在未引入任何经验常数的条件下与实验结果符合较好 .

降膜结晶过程的数值模拟

本文采用数值方法对在工业上有着广泛应用前景的降膜结晶分离过程进行了模拟，提出了一套描述降膜结晶过程的降膜流动、传热、传质及结晶相变相互耦合的以控制容积为基础的有限差分的湍流数值计算模型和算法。本模型的计算结果与以前简化模型的计算结果相比，更符合实验值．

冰晶颗粒在极地船壳管式换热器海水管内的分布和融化特性的数值模拟研究

利用计算流体力学(CFD)方法,采用欧拉-欧拉模型和相间传热传质模型相耦合的数学模型,对冰晶颗粒在船舶壳管式换热器的单根海水管内的分布和融化情况进行研究。通过数值模拟分析冰晶在直管和U形管内的分布及融化情况。结果发现:冰晶颗粒主要集中于主流区,且主流区近壁面处比中心处多;相间传质率从壁面到主流区先增大后减小,沿流动方向逐渐增大,而对于U形管,在转弯的地方出现局部相间传质率增大。

沿垂直壁面气-液降膜流动传质过程的数值研究

在考虑气-液两相间质量源项和能量源项的条件下,基于VOF算法,建立了水和空气沿竖直平板壁面两相降膜流动传热传质的CFD模型。利用该模型研究了水和空气两相间的传质特性,分析了液膜波动、进气进液速度以及温度对传质的影响,计算结果表明:一定程度的液膜波动、进气速度和进液速度的提高、气-液之间的温差的增加,都能强化气-液之间的传质过程。

对流边界条件下竖板降膜除湿过程中传热传质的数值模拟

针对竖板降膜(层流)溶液除湿空调系统,建立了溶液降膜过程传热传质的数学模型,给出了对流换热边界条件下过程的数值解。模拟了三种不同冷却条件下的降膜除湿过程。结果表明,当对流换热系数较小时,与绝热边界有相似的发展趋势;而当对流换热系数较大时,则接近于等温条件下的规律。同时,模拟结果还给出了不同的无量纲吸收热λv和刘易斯Le对降膜内Nusselt数和Sherwood数的影响,表明无量纲吸收热的改变不影响Nu数和Sh数在流动方向上的最终渐近值。

烟气喷淋脱碳数值模拟及其特性分析

针对烟气喷淋脱碳,采用欧拉-拉格朗日法建立了耦合气液流动、热质传递及化学反应的三维数值模型,并基于热力一致性简化模型中的热力学表达,以降低计算成本。模型验证表明,预测结果与实验结果吻合良好。基于该模型考察了塔内气液流动、热质传递及CO_(2)吸收等特性。结果表明:喷淋方式对塔内气液分布、温度分布及CO_(2)吸收有重要影响;向下喷淋将卷吸喷嘴周围烟气沿塔中部向下流动,与新入烟气存在强烈的掺混行为,并造成液滴在塔中部集聚;气液温度分布及H_(2)O气相体积分数分布有较高的关联性,汽化潜热占热交换总量的64%;传质阻力集中在液侧,比气侧高2个数量级;通过改变喷淋方向可以减小液滴分布不均匀性,将脱碳效率从38.3%提升至49.6%。

湿法烟气脱硫塔内传递与化学反应过程CFD模拟

以某330MW燃煤发电机组湿法烟气脱硫塔为研究对象,采用欧拉-拉格朗日方法建立了塔内气-液两相流动、热质交换模型,以溶解平衡、质量守恒及电荷守恒描述浆液内13种溶质组分瞬时化学反应特性,通过用户自定义函数实现流动模型与传质模型、化学反应模型的耦合。基于上述模型预测了脱硫塔内气-液两相流动、液滴蒸发与SO2化学吸收过程,获得了SO2浓度与浆液pH的径向分布特性,详细分析了气-液流动对化学吸收特性的影响,结果表明局部液气比分布特性是影响SO2径向分布的关键因素之一,可通过调控近壁区及主管道区的两相流动状态提高脱硫塔的吸收性能;随着气相侧SO2浓度提高或液滴粒径减小,浆液pH下降速率增大且各化学组分浓度达到稳定状态用时缩短。

LD苹果酸降膜蒸发器内流体的传热性能模拟

采用降膜蒸发器对LD苹果酸溶液蒸发浓缩时,蒸发器的性能对产品质量有着重要的影响。采用湍流模型对蒸发器内流体的二维两相流场进行数值模拟,探讨物料初始温度和进料量对蒸发器传热性能的影响,结果表明:进料量对蒸发器的传热性能影响较大,而物料初始温度对蒸发器的传热性能影响较小,研究结果可为降膜蒸发器优化设计提供依据。

绕管式换热器壳侧液体降膜流传热特性分析

为研究绕管式换热器壳侧传热特性,建立了以丙烷为模拟工质的三维液体降膜流传热模型,进行了不同流动工况下液体降膜流的传热数值模拟,分析了雷诺数、液相入口温度、换热管壁温、壳侧工作压力对绕管式换热器传热性能的影响。结果表明,流动工况对绕管式换热器的传热性能有显著影响;对于液体降膜流,传热膜系数随着雷诺数增大而增大,同时相同雷诺数时,随着换热管管层下降传热膜系数逐减减小;当液相入口温度升高时,传热膜系数增大,液相入口温度升高0.2 K时,平均传热膜系数升高约15%;当管壁温度与饱和温度间的温差较小时,升高管壁温度传热膜系数有明显增加,当管壁温度与饱和温度温差较大时,传热膜系数变化不显著。对于丙烷,工作压力增大时,液体降膜流的传热膜系数减小,当工作压力从0.2 MPa增大到0.3 MPa时,传热膜系数降低10%~15%,当工作压力从0.3 MPa增大到0.4 MPa时,传热膜系数降低约5%。所得结果可为绕管式换热器工艺设计提供参考。

喷淋层组合方式对大型脱硫塔内流动和热湿交换过程影响的数值模拟

采用计算流体力学方法对大型脱硫塔内的喷淋层(共4层)组合方案进行数值模拟。通过欧拉-拉格朗日方法,充分考虑气液两相间的动量、质量和能量交互作用,同时把气相湍流脉动对离散相轨迹的影响也考虑在内,从而获得喷淋层变化时塔内的气液两相流动和热湿交换规律,并与现场数据作对比。研究结果表明:仅底层喷淋时,在吸收塔入口左上方,气相有较大的漩涡区。而仅顶层和多层喷淋时,上述流场不均匀性得以消除。喷淋层数越多气相压损越大;仅顶层喷淋时的气相压损为仅底层喷淋的2倍。吸收塔内,喷淋层所在区段的湍动能最高;喷淋层数越多,高湍动能区域的范围和数值均增大。多层喷淋时,在第2层喷淋位置的截面平均湍动能最高,烟气继续往上流动,湍动能逐渐减小。不管喷淋层组合方式如何,烟气降温速率和水蒸气浓度增加速率的极大值所在位置都位于底层喷淋以下、近烟气入口上缘处。模拟发现,塔内潜热换热和显热换热各占总换热量的87%和13%。

烟气湿法脱硫喷淋塔导流板优化

针对湿法脱硫塔烟气偏流问题,采用加入导流板的方式组织烟气流动,提高液气比分布均匀性。本文基于欧拉-拉格朗日模型描述塔内气液两相流动过程,采用双膜理论对SO2吸收过程进行简化分析,建立传质模型;建立导流板式喷淋塔内多相流动与传质过程的数值计算模型;并以某660 MW燃煤机组湿法脱硫系统为研究对象,设计4种不同结构的导流板。结果表明,与原喷淋塔相比,加入4块导流板时脱硫性能提升较为明显,脱硫效率由82.2%提升至87.1%,且系统阻力基本不变。

共轴反转型生物反应器内流场数值模拟与性能分析

使用生物可降解塑料是解决白色污染的有效手段,然而在生物反应器中生产可降解塑料过程中会面临气体传质能力不足和能耗过大等问题,导致生产成本居高不下。为解决这些问题,提出了一种共轴反转型机械搅拌式生物反应器,并通过数值模拟对新型反应器内两相流场进行了仿真及定量分析。通过模拟气泡羽流、鼓泡塔及搅拌器系统内流场,并与实验结果对比,在双流体模型中引入了曳力、升力及湍流扩散力以及基于Troshko-Hassan模型的两相湍流模型,验证了双流体模型在该问题中的有效性。对新设计的反应器内流场模拟结果表明,两相作用力模型对模拟准确性影响较大,而共轴反转能够在流场中形成更好的剪切效应,增强气体分散能力,从而提高整体气含率及相对功率准数。