不同旋流器作用下气液螺旋环状流动特性研究

管内气液螺旋环状流动可以通过设置固定叶片的旋流器形成,旋流器的结构极大地影响了形成的螺旋环状流动的稳定性。对此,选取了四种典型旋流器结构开展三个典型来流工况下螺旋环状流形成的实验研究。通过图像处理结合概率密度函数(probability density function,PDF)拟合的方法分析了形成螺旋环状流的稳定性,同时结合液膜波动特性与旋流器内部作用过程分析发现:平板式及平板有中心柱式旋流器在不同来流工况下产生的液膜相较于螺旋叶片式A/B旋流器都更加稳定,相同工况下的失稳距离也更长,而螺旋叶片式A/B旋流器产生的螺旋环状流的稳定性较差,在更短的距离内即发生了螺旋环状流失稳现象;不同工况下液相折算速度的上升有助于提高液膜稳定性与螺旋环状流失稳距离,从而形成更稳定的螺旋环状流;叶片作用下流体内部压力梯度和气液相分布规律高度相关,压力梯度和周向速度是形成螺旋环状流动的主要因素,并且压力梯度和周向速度的大小一定程度决定了螺旋环状流动气液交界面的稳定性。

高速深螺旋槽机械密封端面环形槽降温传热机理分析

间隙内流体黏性生热量大、端面温升高是机械密封在高速工况下存在的关键共性问题之一,密封端面型槽将对跨尺度间隙内流体传热产生重要的影响。既有研究发现,静环内径侧开设环形槽可有效减小密封端面温升,为深入研究其传热过程及降温作用机理,应用ANSYS Fluent软件建立了深环形槽–深螺旋槽复合式端面构型(ASG)与经典深螺旋槽端面构型(SG)的热流体动力润滑(THD)模型,并在湍流计算模型下对比分析环形槽的传热过程,揭示其降温作用机理,讨论其几何参数对机械密封性能及降温效果的影响规律。结果表明:密封端面内径侧环形槽区因液膜较厚、流体剪切作用较小,润滑流体黏性产热量显著减小,从而有效降低了润滑液膜及密封端面温度;且环形槽槽深、槽宽的适当增加可强化其降温作用,最高达15 K,即温升下降约33%。此外,环形槽的降温作用导致流体黏度损失减小,故深环形槽–深螺旋槽复合式端面构型的密封承载性能与摩擦学性能相比经典深螺旋槽端面构型均有所提升。环形槽使密封环内径侧径向压力梯度增大,密封泄漏率有所增加,单位时间内泄漏流体带走了更多的黏性热量,加之环形槽的开设增加了内径侧高温流体与静环的对流换热面积,均有助于降温。上述结构及环形槽可有效降低润滑液膜与密封端面温升,增加液膜汽化裕度,对机械密封的高速化具有显著的工程意义。

湍流模型在圆管螺旋流场模拟中的应用与对比

基于计算流体动力学分析软件Fluent,分别采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型及雷诺应力方程模型(RSM)4种湍流模型,对环空圆管内螺旋流单相流体流动进行模拟。重点分析了不同湍流模型计算的速度、速度矢量及涡量场分布,得出在模拟螺旋流道内强旋流方面,RSM具有更为明显的优势。利用量纲一分析方法将数值模拟结果与其他研究者的PIV实测结果对比,验证了RSM数值模拟结果的准确性。从量纲一压力随轴向位置变化曲线来看,环空圆管螺旋分离器虽然结构简单,但依然存在较为复杂的湍流流场分布,如何形成高效、稳定的分离流场是接下来研究的重点。

螺旋管换热器同轴环形通道流动特性实验

对S/d0=2.0,S/d0=2.5和S/d0=3.0的同轴环形通道螺旋管换热器分别进行了流动特性及阻力特性的实验研究,并和圆形管道的理论值进行比较。得出流体流速、压力、流量及同轴环形通道的几何参数等对同轴环形通道流动特性的影响。结果表明:在环隙宽度S和螺旋管外径d0相同的条件下,随着雷诺数Re的增加,环形通道的进口阻力系数ξin、出口阻力系数ξout和总阻力系数ξz逐渐减小并逐渐趋于一定值;外圈环形通道的ξin、ξout、ξz均比中圈和内圈环形通道的大,但中圈和内圈环形通道的ξin、ξout、ξz相等;相同雷诺数条件下,S越小,流体在环形通道流动时,流体的进出口压力降ΔP就越大。

泵口环圆柱面螺旋槽造型的流体动力特性

泵叶轮口环动力特性的改善可通过环形密封面造型来实现.为了改善其刚度特性,提出一种新的口环圆柱面螺旋槽造型方法,采用基于空化的CFD方法对口环间隙流动进行模拟计算,通过动网格技术来确保小环形间隙下的偏心量,研究了螺旋槽对口环流动特性的影响,并与光滑口环流动特性进行对比分析.结果表明:螺旋槽会产生动压效应和泵送效应,在槽台侧和槽坝侧尖角处分别产生低压区和高压区;偏心时,螺旋槽能增大口环间隙主刚度和支反力,降低偏位角,从而提高转子的对中性能;同时使泄漏量大幅降低,而使摩擦转矩略有增大;螺旋槽造型有利于提高口环的流体动力特性和转子对中性能,并减小口环的摩擦和磨损.

湍流效应对高速机械密封端面型槽冷却性能影响分析

高速工况下密封间隙内流体黏性生热严重且流动行为复杂,流体流动状态是影响跨尺度间隙流固传热过程和温度分布的关键因素之一,应用ANSYS Fluent软件在湍流与层流计算模型下建立了环形槽与螺旋槽复合式端面构型(ASG)的三维热流体动力润滑(THD)模型,对比了两模型下螺旋槽的冷却性能差异与环形槽的降温作用,以此揭示了流动状态对端面型槽冷却作用的影响机理,分析了型槽几何参数对两模型下温度场及密封性能的影响规律。结果表明:湍流模型下深螺旋槽内存在的大片死流体区阻碍了槽口冷流体进入到槽根部,致使螺旋槽对间隙内高温流体的冷却作用衰减;层流模型下深螺旋槽内充满更多的冷流体,冷却作用较强。内径侧环形槽在两模型下均具有显著的降温作用,且随槽深、槽宽的适当增加其降温作用得到强化;持续增加螺旋槽槽深并不能达到持续降温的目的。液膜温度峰值在湍流模型下的预测值高于层流模型29~40 K。

螺旋套管扶正器诱导环空流场的数值模拟

为了优化固井设计、确定螺旋套管扶正器的合理安放位置、有效提升水泥浆的顶替效率,对螺旋套管扶正器诱导环空流场进行了理论分析。依据环空流体动力学基本理论,建立了环空流场的理论模型,采用数值模拟方法对螺旋套管扶正器诱导的环空螺旋流动规律进行了研究,并利用室内试验对有限元数值的计算结果进行了验证,有限元数值计算结果和激光测速试验数据吻合较好,证明了有限元数值计算方法的可行性。借助ANSYS软件对不同条件下流场的变化以及有效旋流长度的变化进行了计算,总结了螺旋扶正器螺旋角、屈服应力、流量对旋流速度以及有效旋流长度的影响规律。数值模拟结果表明,螺旋角和流量对旋流速度和有效旋流长度影响很大。

螺旋流对环形射流泵性能影响的数值模拟

为了提高环形射流泵的输送效率,本文提出了一种利用导叶结构形成螺旋流的螺旋流环形射流泵。利用数值模拟的方法研究不同工作压力下的螺旋流环形射流泵和原型泵的速度、压力和湍动能分布计算结果,来分析螺旋流对环形射流泵的性能影响。数值模拟结果表明:在工作压力为130 kPa时,螺旋流使环形射流泵的流量比增加了43.1%,压力比降低了22.8%。螺旋流降低了环形射流泵喉管内的静压,更容易引起空化。螺旋流使得环形射流泵的效率在工作压力低于160 kPa时大于原型泵。螺旋流环形射流泵内具有更大的湍动能分布区域。随着工作压力升高,两种结构的环形射流泵湍动能分布差别减小。导叶阻力对螺旋流环形射流泵的效率有着重要的影响。

旋转气流下AOD熔池内流体流动和混合特性的水模拟研究

在以足够高的运动相似性对双枪喷吹非旋转气流１８ ｔ ＡＯＤ 炉内流体流动和混合特性水模拟研究的基础上，对采用套管式螺旋板型喷枪时ＡＯＤ 熔池内流体流动和混合特性作了水模拟研究，所用喷枪的中心管（ 主枪） 内置有一厚度为０－２ ｍｍ 的黄铜质螺旋型板条，相应的螺距为４６－５７ ｍｍ ，环缝（ 副枪） 与原模型喷枪相同－ 考察了旋转射流下吹气量和枪间夹角的影响及螺旋型喷枪对实际过程的适用性－ 结果表明，在相同的吹气量下，与非旋转气体射流相比，旋转气体射流可提供更强烈的搅拌，引起流体更活泼的旋流和循环运动，混合效果更好；主枪气体流量有更大的决定性作用，副枪气流的屏蔽效果显著减弱；两枪夹角对流体流动特征和吹炼过程的稳定性有更大的影响，合宜的夹角范围变窄，本工作条件下以８０°最佳；具有合理结构的螺旋型喷枪对实际过程可望有良好的适用性－ 得到了混合时间与主、副枪的吹气量、搅拌能密度和Ｆｒ

绕管式换热器壳侧冷剂流体均配性能模拟研究

绕管式换热器是天然气液化的主低温换热器,绕管式换热器壳侧冷剂流体的均配性能严重影响换热器的换热效率。为此本文建立了绕管式换热器仿真模型,利用FLUENT软件进行数值模拟研究,分析了不同流量及干度工况下壳侧两相冷剂流体流动的均配特性。模拟结果表明:干度小于0.5时,流体分配随流量增大而更均匀,径向上内、外侧质量流量较中间多;干度大于等于0.5时,流体均配程度基本稳定,随流量增加变化较小,径向上由内至外两相质量流量减少;质量流量不变时,流体分配随干度减少而更均匀。

基于环空流场特性的变径稳定器参数优化研究

变径稳定器径向活塞不同的伸缩状态对环空流场会产生影响。为此,采用流体动力学研究不同状态下的环空流场特性并在此基础上进行结构优化。建立变径稳定器的流体动力学数值模拟模型,结合现场应用的变径稳定器参数,分析不同螺旋带参数和流体参数下的流体特性。研究结果表明:螺旋升角为55°左右时最优,螺旋棱截面对应圆心角对环空流场影响不明显,螺旋棱侧面倾角在5°~10°范围内较好,径向活塞为伸出状态时旋流流场表现更好;钻井液排量与旋流长度之间呈正相关、近似线性关系,钻井液密度较大时可以改善旋流衰减流场,但对切向速度和旋流长度影响较小。研究结论可为变径稳定器的结构设计与优化提供技术支撑。

旋流器结构参数对同心环状缝隙螺旋流影响

旋流器与管道所形成的同心环状缝隙空间会因其结构参数的变化而产生差异,空间结构的变化会对环状缝隙螺旋流流场产生影响,进而影响旋流器的起旋效率。为明确旋流器结构对环状缝隙螺旋流的影响,进行了结构参数(直径×长度)为70 mm×100 mm、70 mm×150 mm、60 mm×150 mm的3种旋流器所形成的同心环状缝隙螺旋流三维流速试验。试验结果表明:旋流器结构参数的变化并未改变环状缝隙螺旋流三维流速的整体分布规律,只是对轴向、径向和周向流速的大小和离散程度产生了影响,且旋流器结构参数的变化对径向、周向流速的影响较大。对于长度相同的两旋流器,直径由60 mm增大至70 mm后,各断面轴向、周向平均流速与流速波动增大,而径向平均流速降低,但流速波动增大;对于直径相同的两旋流器,长度由100 mm增大至150 mm后,轴向平均流速增大,而流速波动降低,径向、周向平均流速与流速波动均逐渐增大。旋流器直径对水头损失、起旋效率的影响要远大于长度,当直径由60 mm增大至70 mm后,水头损失与起旋效率均增大;在该试验条件下结构参数为70 mm×150 mm的旋流器起旋效率最高,即旋流器的较优结构参数为70 mm×150 mm。该研究成果可为旋流器的选型以及结构优化提供一定的参考。

不同距径比下管道后车环隙螺旋流脉动强度特性

筒装料管道水力输送是现代物流业中出现的一种新型物料运送方式,有着特殊的优势。通过模型试验的方法,对管道双车在不同距径比SD条件下后车所形成的同心环隙螺旋流的轴向、垂向、横向速度脉动强度分布特性进行了研究。结果表明:随着SD的增加,轴向、垂向和横向速度脉动强度的平均值、极差基本保持稳定,标准差、变异系数呈现减小的变化规律;垂向速度脉动强度特征与横向的相似;无论在何种SD条件下,垂向和横向速度脉动强度都比轴向脉动强度小1个量级,但其变异系数大约为轴向的3倍;管道双车合理距径比为5~7。研究结果可为此技术的工程实际应用提供参考。

管道双车在不同车间距下的后车流场特性研究

为进一步探讨筒装料管道水力输送过程中管道双车在不同车间距下缝隙螺旋流流场特性,采用模型试验、理论分析相结合的方法,对双车间距分别为10、30、50、70、90 cm工况条件下管道双车中的后车缝隙螺旋流流场特性进行了研究。试验采用两个相同型号的管道车模型在水平有机玻璃圆管内完成,流量恒定控制为30 m^3/h。研究结果表明:管道双车合理间距为50~70 cm;车中断面轴向速度极差与管道双车间距相关性较大,车间距越大,极差越小,并逐渐趋于稳定,而轴向速度上界与间距无关;切向速度比轴向速度小,切向速度的不均匀系数比轴向速度的大。

强迫对流换热的实验技术和测量方法

对流换热系数的研究是研究对流换热问题的根本,本文对近十年来研究强迫对流换热问题的实验常用方法作了介绍,包括管内对流换热系数的瞬态测量法、窄环隙流道强迫对流换热实验、双侧加热窄环隙流道强迫对流换热实验以及无相变流体在内斜齿螺旋槽管内强化对流换热实验。并对各种方法进行了简单的评价。