Research on hydrokinetics characteristics of rotating pipe fluid in the crossed electric and magnetic field

The rotating pipe fluid in the crossed electric and magnetic field not only suffered the forces in the steady condition, but also suffered Coriolis force, centrifugal force because of rotation and electromagnetic volume force. The motion equation of fluid and the hydrokinetics equations of rotating pipe were described in the Cartesians coordinates. The equations showed that the solutions to hydrokinetics equations of rotating pipe in the crossed electric and magnetic electromagnetic field were highly complicated and numerical calculations were also astronomical. The pressure distribution and temperature distribution of one dimension were solved using the electromagnetic equations set. The results showed that the fluid in rotating pipe was in the asymmetrical pressure field and temperature field because it was in the energy exchange and thermo-electrical coupling course. The primary characteristic of flow course could be expressed using the proposed hydrokinetics equations.

Carreau-Extended非牛顿流体圆管层流流动的摄动解

非牛顿流体在工业生产中应用广泛。文中基于同时包含屈服应力、时间常数和幂律指数的Carreau-Extended(简称Carreau-E)复杂流变方程及剪切应力与压降平衡关系,建立了圆管内充分发展的稳定Carreau-E流体层流管流的运动方程,并采用摄动方法推导出相应运动方程的一阶渐近解,获得了不同类型流体管流的速度分布以及压力梯度、流核宽度、屈服应力和时间常数对Carreau-E流体管流流场分布的影响规律,该研究对Carreau-E流体及其他复杂非牛顿流体管流特性研究具有参考价值。

螺杆泵转速对油水旋流分离管流场特性的影响

旋流分离器在井下采油螺杆泵作用下会发生复杂的振动现象,对旋流分离器内部流场造成一定影响。为研究螺杆泵不同转速下旋流分离器内部流场的变化规律,以同井注采工艺中螺杆泵作用下的旋流分离管柱为研究对象,针对振动壁面旋流分离管柱结构及工作特点,基于计算流体动力学方法、计算固体力学方法以及流固耦合理论,建立流固耦合力学模型;利用流固耦合分析方法,对双螺杆泵转动条件下井下旋流分离管柱内速度场、油相分布、涡量及湍动能等流场特性进行分析。分析结果表明:随着螺杆泵转速升高,分离器内切向速度和轴向速度强度逐渐减弱,径向速度的不对称性逐渐加剧,转速的周期性变化还会造成径向速度场分布的偏移;螺杆泵不同转速下旋流分离器内部涡量分布不同,随着转速升高,溢流管以及锥段部分附近相关流场的涡旋明显增强;旋流器溢流口附近油相体积分数会随着螺杆泵转速的升高而减小;不同螺杆泵转动状态下,大颗粒油滴的分布不同。所得结果可为螺杆泵井下旋流分离同井注采系统的设计及螺杆泵的转速设定提供参考。

热管型地热系统气液分离器外部流场结构优化

超长重力热管开采地热能的过程中,热管中下降的冷凝液与上升的热蒸汽易相互碰撞而引发蒸汽带液情况,通过在绝热段增设气液分离器可有效预防这一问题。介绍了新型热管型地热系统中气液分离结构(气液分离器)的特点,采用计算流体力学方法,建立了气液分离器有限元模型并对其外部流场进行模拟。通过在分离器外部空腔内设置螺旋导流板,调节气液分离器入口管高度、偏心距及螺旋导流板板螺数、螺距,进行优化分析研究。设置螺旋导流板后,液体在分离器出口处的流动更加稳定,冷凝水入口与气液分离器出口距离与压降成正比关系,入口管偏心距与内管内壁面切应力成反比关系。螺旋导流板螺数为5、螺距为200 mm时分离器出口液体的均匀性和稳定性最优。

高含水原油在不同管材中的低温集输特性研究

目前,我国大部分油田已进入高含水期,采出液的流动特性发生变化,使降低集输温度成为可能。然而,关于管道材质对低温集输特性影响的研究相对较少。因此,利用现场实验装置对钢管与玻璃钢管中高含水原油低温集输特性进行了研究。结果表明,管线降低掺水量之后,井口回压上升,实验管道末点的油温缓慢下降;不同掺水量下井口回压上升过程不同,高掺水量下更容易实现低温集输;当掺水量相同时,玻璃钢管的黏壁温度低于钢管的黏壁温度,玻璃钢管低温集输的最低掺水量低于相同情况下钢管的掺水量。对黏壁温度实验数据进行拟合,得到了不同管材的黏壁温度计算模型,计算结果准确度较高,对高含水期油田实际生产中低温集输的可行性判断及其安全运行管理具有指导意义。

城市更新背景下某商业综合体地源热泵系统地下温度场研究

以某城市更新背景下的商业综合体为研究对象,根据线热源理论,分别对单井系统和多井系统地下埋管周围土壤温度进行了数值模拟,运用叠加原理计算了采取顺排3×3的多井系统在恒热流、变热流密度下地埋管区域的温度场分布,对比了多井系统管群中间区域和边缘区域的温度分布,以及各井的进出口温度,为城市更新项目的地埋管地源热泵系统设计与施工提供理论依据。

仿生导流叶片管路降噪特性研究

本文基于仿生技术对导流叶片进行再设计,研究其降噪特性。基于水管路系统实验平台,对带导流叶片管路进行实验研究和仿真计算,验证了LES/Lighthill的混合计算方法的可靠性;采用混合计算方法对不同流速下带仿生导流叶片的管路进行流场及声场计算,揭示导流叶片仿生设计对管路流场及声场的影响机理。结果表明:仿生设计后的导流叶片可以有效抑制尾部及壁面涡的产生,从而抑制流噪声;不同流速下的降噪效果不同,其中在2 m/s流速下效果最佳;在计算频段内,2 m/s流速下降噪效果最稳定。这些发现为导流叶片的仿生设计在噪音控制领域的应用提供了重要的参考和指导。

扇吸式生物光防治灯流场分析及结构优化

针对扇吸式生物光防治灯对入口处害虫无法吸入的问题,利用Fluent软件对现有的扇吸式生物光防治灯内部流场进行流体力学仿真,研究不同进风口角度及风扇不同转速下扇吸式生物光防治灯内部流场的变化。通过Solidworks建立扇吸式生物光防治灯的三维模型,并在Workbench中对模型进行网格划分。对生物光防治灯内部流场压力、迹线、速度及涡流黏度进行仿真分析,发现该种扇吸式生物光防治灯装置在风扇两侧有旋涡,导致害虫被气流卷到扇吸式生物光防治灯的外侧,是造成扇吸式生物光防治灯吸入害虫效率低的原因。通过改变防治灯进风口角度得到害虫进入集虫瓶内部迹线,当1800 r/min风扇工况下,虫子被吸入集虫瓶的压力为8.25 kN/m^(2),虫子被吸入集虫瓶的速度为3.6 m/s,进风口60°时,扇吸式生物光防治灯的害虫迹线是最稳定的,集虫瓶内部没有旋涡,且集虫瓶内部的压力全为负值,达到优化目的,可提升防治灯对害虫的吸入效果。

活塞式标准体积管发展现状

标准体积管是一种常见的检定液体流量计的流量标准装置,其结构简单、使用方便、应用广泛,特别适合现场校准,但目前仍缺乏对体积管发展现状进行系统梳理的研究。针对此问题做了深入的文献调研,主要研究内容为:回顾国内外标准体积管的发展历程;简述标准体积管的基本原理和应用场景;对比分析不同类型体积管的性能特点;归纳了体积管的未来发展方向,为下一代体积管技术研发提供参考。

有压平直管道内交汇柱系下游流场特性分析

为研究管道车作为一种交汇圆柱系式的钝体结构在有压管道流场绕流时,在柱系下游产生的流动分离和尾迹涡现象,运用理论分析与数值模拟相结合的方法,对柱系下游的流场特性进行了研究.数值模拟采用了LES-WALE湍流模型,其结果与物理试验结果比较证明了数值模拟的可行性.对数值模拟结果进行理论分析:首先,由于流动分离柱系后流场中速度分布整体上分为低速流区与高速流区2部分,低速流区主要分布在断面中心位置,高速流区分布在断面外围,呈近似环状分布;其次,流场沿程速度幅值方面,从交汇柱系下游近端断面到远端断面,其中部分低速流区域的整体速度幅值愈高,周围高速流区的速度幅值愈低,并且两区域流场随距交汇柱系距离的增加呈现趋同变化;最后,关于流场的压强特性方面,沿程压强整体呈下降趋势,断面Z 6仅与同流量时管道流场断面平均压强相差3.4%.

海洋温差能发电冷水管涡激振动性能

以海洋温差能发电(Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC)平台的冷水管为研究对象,根据结构方程和尾流振子方程建立冷水管流固耦合模型,采用有限元方法和Newmark-β法对冷水管涡激振动(Vortex-Induced Vibration,VIV)进行时域分析,并在MATLAB软件中开发相应的求解程序。针对冷水管所面临的复杂工况,分别研究外部流场、内部流场、长径比和压载质量等因素对VIV产生的影响。结果表明:随着外流流速和长径比的增大,冷水管横流向VIV模态和振动幅值也发生相应改变,振动强度呈现波动上升;在不发生动态失稳的情况下,内流流速的增加可有效减小冷水管横流向振动幅值,压载质量可大幅减小冷水管自由端的振动位移。

带长连接管的调压室水力特性研究

某抽水蓄能电站下游调压室采用阻抗+上室式布置,尾水洞与连接管通过直角岔管和弯道连接,布置型式特殊,水流条件复杂。为研究其水力特性,建立了调压室底部连接管三维流场数学模型,研究了不同分流比、汇流比条件下水力特性的变化规律。结果表明,对于底部流动复杂的调压室阻力损失而言,三维数值模拟能取得较好的仿真效果,计算结果与理论分析结果吻合良好。由于调压室底部弯管、连接管与大井之间的突扩、突缩等均会引起额外的水力损失,其水头损失系数大于常规阻抗调压室,流量系数较单独的阻抗孔更小。

浆体管道三通后的单孔消能孔板流场研究

为了研究浆体管道三通后的单孔消能孔板流场,使用Fluent对不同流量和孔板安装位置(孔板与三通相连或在三通下游0.5 m)的流场进行了数值模拟。首先,工况1孔板后管道北侧出现回流,将对管壁造成冲蚀,工况2孔板后流动未出现明显回流。其次,工况1管道水平段中轴线上的压力沿流向先减小后增大,在三通前取得最小值,在关闭的阀门处取得最大值,但压力波动幅度较小。工况2的压力变化趋势与工况1的类似。最后,安装孔板的管道竖直段中轴线上的压力沿流向先减小后增大。工况2较工况1的消能能力有小幅提升,但压力恢复平稳的位置也往下游移动了约0.5 m。

入水管参数对船载养殖舱流场特性的影响

为研究船载养殖舱入水管参数对舱内流场特性的影响,运用计算流体力学建立了计算模型,对不同入水管数量、入水管距池壁位置、入射角度以及换水流速的养殖舱流场特性进行了研究。对在相同位置和相同角度时布置2根和4根入水管的养殖舱流场进行对比分析的结果显示,双管间隔式结构入水均匀;当入射角度增大到35°、距池壁的距离增大到3400 mm时,舱内低速区占比较小,流场整体平均速度较高,水体质点与舱壁摩擦产生的能量损失逐渐降低,舱内水体混合均匀性改善。换水流速增加,会导致底排流量增加,舱内流场出现漩涡,不利于养殖鱼类。试验结果表明,船载养殖舱入水管采用双管间隔式入水、距池壁3400 mm、入射角度为35°时,舱内水体流动均匀,无中心漩涡出现,适合鱼类生存。试验结果可为鱼类生存提供适宜的环境,并为船载养殖舱的设计提供参考。

基于凝汽器壳侧蒸汽流场的冷却管防振改进研究

冷却管束是凝汽器的关键敏感部件,因设计不足导致凝汽器在某些运行工况下发生冷却管振动、碰磨损坏,严重影响了凝汽器设备运行的可靠性。由于凝汽器壳侧蒸汽流动过程错综复杂,使得汽流冲击冷却管束产生激振难以控制,某些核电厂虽然采取了一些针对性的措施,但在后续运行中又发生了冷却管振动断裂故障,说明现有的措施存在局限性。通过对不同运行工况下凝汽器壳侧蒸汽流动不均匀性及局部流速变化分析,发现在某些冷却管束区域局部汽流速度过高,易引发冷却管束振动、碰摩故障。通过对核电凝汽器壳侧蒸汽流动的数值模拟与计算分析,可以为改进冷却管振动防范措施和优化凝汽器运行方式提供依据。

90°圆截面弯管内三维紊流场实验研究

用ＣＴＡ热线风速仪和五孔探针，对一曲率直径比Ｒｃ／Ｄ＝０．８７，直径Ｄ＝２８０ｍｍ的９０°圆截面弯管内部三维紊流流场进行了详细测量和分析。给出了不同雷诺数下弯管内不同截面上时均速度场、紊流动能、总压及静压沿曲率半径方向的分布。

轴流泵出水管内部流动水力特性研究

用五孔探针测定轴流泵出水管内部三维流场,揭示其流动规律,分析流场形成机理,利用流场数值模拟方法计算出水管水力损失.结果表明,后导叶出流环量较大,由于出流环量和出水弯管二次流的共同作用,出水管内为复杂的螺旋流,断面轴向流速和周向流速分布不均匀、不对称,与常规轴向均匀流和对称流的假定不符.过大的环量增大了出水管内水力损失,减小环量可减小水力损失,提高泵装置效率4%～8%.

排气管内置壁面厚度对旋风分离器性能的影响

针对旋风分离器的排气管内置壁面厚度对其流场和分离性能的影响。采用数值试验模拟分析了旋风分离器的对应于7组不同排气管内置壁面厚度下的速度云图、压降值、切割粒径以及速度矢量的变化情况。结果表明,随排气管内置壁面厚度的逐渐增大,其筒体段和锥体段的整体切向速度依次减小,在筒体段下半部分和锥体段,当内置壁面厚度大于等于0.1D时,中心位置存在二次涡流现象且对其分离效率会产生负影响;随排气管内置壁面厚度的增加,整体轴向速度基本依次增大;随排气管内置壁面厚度的增加,压降值依次减少,切割粒径先略微减少然后一直增大,壁面厚度为0.025D时,其分离效率为最优;随排气管壁面厚度的增加,在排气管内置壁面的正下方,逐渐形成涡旋,并且涡旋强度逐渐增大。忽略旋风分离器排气管内置壁面厚度变化,会造成性能预测和数值模拟上的偏差。

超声波气体流量计的管道模型仿真和误差分析

为满足不断发展的超声波气体流量计测量精度的需要,改进传感器的设计精度和有效降低安装测试及样机调试成本,针对制约超声波气体流量计测量精度主要误差源之一的管道流场分析问题,结合计算机建模数值仿真技术及实验技术对其流场设计参数以及弯管安装条件等对超声波测量误差产生原因进行定量分析。理论研究和仿真实验结果表明,可以量化分析气体超声波流量计流场误差产生的原因、范围,并通过限定流场修正系数更有效地降低其测量误差,这项研究对该超声波气体流量计的优化设计和工程应用具有一定的指导意义。

D300mm×2000mm圆管内旋转流切向速度特征的实验研究

采用热线风速仪(HWA,Hot Wire Anemometry)测量了D300mm×2000mm圆管内旋转流切向瞬时速度随时间的变化特征。测量结果表明在圆管的中心区域,瞬时切向速度随时间的波动变化较大,而靠近边壁区域瞬时切向速度随时间的波动变化较小,中心区域瞬时切向速度的脉动幅值远大于壁面区域的脉动幅值。通过对瞬时切向速度进行频谱分析可知,瞬时切向速度的波动频率沿径向和轴向基本一致,但在出口区域频率有所增大,圆管内的瞬时切向速度出现低频波动是旋转流的摆动导致的。