基于分时原理的多相流体比例分配方法

提出了从“时间”上对多相流进行分配的新思路,分析了分时分配的基本原理,并设计了具体的实现方式。在空气-水实验回路上对分时分配装置进行了实验研究和验证。分时分配的基本原理就是通过“分时”的方法,使整个分配器“空间”内的多相流都能按照给定的时间份额周期性地交替流向对应的支路,从而保证各支路内的多相流具有高度一致的相含量和确定的流量比例。实验研究证明,分时分配法具有切实的可行性,分流比等于分时比且与流量和流体的物性无关,仅取决于分配器的几何参数。

流速对混合蒸汽Marangoni凝结换热影响的实验研究

本文在蒸汽压力为47.36 kPa的条件下,通过实验研究了不同蒸汽流速(u=2、4、5 m/s)下纯水和不同酒精浓度水-酒精混合蒸汽沿重力方向流过竖直紫铜平板表面上的凝结换热特性,并实现了实验的可视化,同时分析了不同蒸汽流速下造成Marangoni凝结换热特性差异的原因.实验及分析结果表明,在相同蒸汽浓度、蒸汽压力和表面过冷度条件下,高流速下的凝结换热系数比低流速的大。且蒸汽流速对凝结换热的影响因混合蒸汽酒精浓度的不同而不同,低浓度0.5%和高浓度50%时流速的增加对凝结换热特性的影响较小,而在中间浓度2%时凝结换热强度随流速的增加明显.

风沙流中蠕移粒子群动量分布特征的风洞实验研究

研究了风沙流中蠕移粒子运动过程,揭示了蠕移的新成因和蠕移粒子群动量分布的规律。利用改进的数字高速摄影技术同步记录了风沙两相流中蠕移粒子群的轨迹和粒径。约80%的蠕移粒子是由跃移粒子入射后动量衰减转化而来,是蠕移的主要成因。入射-反弹过程中的滚动粒子群、入射-滚动粒子群、跳跃滚动的粒子群、气力或冲击起动的滚动粒子群的动量分别集中于中值动量分别为0.5 mg ms-1,0.8 mg ms-1,3.7 mg ms-1,2.1 mg ms-1,标准偏差分别为2.43,2.15,2.34,0.95等正态分布模块。粒子群速度-粒度的反相关关系使得气力或冲击起动的蠕移粒子群的平均动量低于由跃移动量衰减转化的蠕移粒子群。由于复杂的粒度分布和速度分布的组合,导致蠕移粒子群动量分布符合多模块的正态分布模式。

钛合金螺旋扁管换热器流阻与传热性能实验研究

为研究钛合金螺旋扭曲扁管换热器壳侧选用高黏度导热油的传热规律,对钛合金螺旋扁管换热器的壳侧在层流(Re<2 000)与过渡流(2 000<Re<9 000)状态的传热性能进行实验研究,与分别采用钛合金圆管与螺旋槽管作为换热元件的折流板换热器进行比较,根据实验数据并采用多元线性拟合对扁管壳侧的努塞尔数Nu与阻力系数f进行拟合,其最大拟合误差都是±10%。实验结果表明,螺旋扁管换热器的壳侧在层流与过渡流均有明显的强化传热效果,其强化传热指标h/Δp是螺旋槽管换热器的1.7~2.5倍,光管换热器的2.3~4倍。在层流与过渡流状态下,扁管尺寸、Re、Pr对传热影响较大,螺旋扁管换热器特别适合层流换热。

一种新的高精度流体热物性测试用低温恒温槽的研制

为满足高精度低温流体热物性测试的需要,研制了一种新的双级控温低温恒温槽.在恒温槽的研制中,利用了二元复叠式蒸气压缩制冷循环系统来获得冷源,同时提出了一种新的模糊比例积分微分控制算法用于温度控制.实际运行结果表明:低温恒温槽的最低实验温度可达到183K,实际温度控制的范围为193～333K;在温度为213～333K时15min的波动度小于±5mK,在温度为193～213K时15min的波动度小于±15mK,可以很好地满足高精度低温流体热物性测试的需求.

基于分时原理的气液两相流量测量

取样式多相计量要求取样流体与主管被测流体保持稳定的比例关系,基于这点,为保证取样的代表性,根据从时间上对多相流体进行取样的分时分配原理,设计了基于该原理的转轮型分配装置,实现了气液两相流量测量。利用空气-水为实验介质,在气液两相流实验系统上进行了实验验证。实验中出现的流型包括波浪流、环状流及弹状流,在实验范围内进入取样回路的气液相流量与主管被测流量保持稳定的线性关系,液相、气相流量测量最大误差分别为7.3%和7.5%。

水平方管层流混合对流的三维数值模拟

本文建立了水平矩形通道三维层流混合对流的数学模型，提出了壁面导热与流动耦合的简化计算方法，采用SIMPLER算法对其流动和换热过程进行了数值模拟。计算结果表明由于浮升力的作用使水平通道内出现二次流现象，加热面的上下顶端周向导热热流密度存在极大值，下底面的局部Nusselt数最大，上底面最小。混合对流平均Nusselt数随Re和Gr^＊的增大而增大；但当Re较大时，平均Nusselt数随Gr^8变化而近似不变。

湍流模型对过冷沸腾计算影响分析

采用ANSYS FLUENT14.5分析湍流模型对过冷沸腾的影响,建立多套网格,每套网格采用不同的湍流模型、壁面函数及两相湍流处理方法,将计算结果与基准实验数据进行对比,分析网格、湍流模型、壁面函数及两相湍流处理方法对计算精度的影响。通过分析发现:k-ε模型的计算精度高于k-ω模型的;Dispersed方法和Per Phase方法的计算精度相对于Mixture的无明显提升;增强壁面函数对Y+≈1的网格无法获得满意的计算结果。

苏里格气田苏6井区开发方案数值模拟优化研究

苏里格气田目前探明储量已超过5 000×108m3,其储层非均质性强,砂体叠置模式复杂。在开发早期,井网密度小,控制程度低,使用传统气藏描述方法不能满足开发设计的需要。利用随机模拟技术建立的精细地质模型开展了数值模拟研究,对气田的开发方案进行全面优化,制定了苏里格气田开发技术策略,以最大限度地提高气田开发经济效益。通过方案对比,确定苏里格气田开发井网为在有效砂体相对发育区的均匀井网,苏6井区应采用一套开发层系、一套井网的衰竭式开采方式,行距与排距分别为700和1 000m。预计年产天然气5×108m3,须钻新井73口,可稳产4 a。

Marangoni凝结形态的影响因素

用实验方法研究了宏观温度场对一定浓度范围内的水-酒精蒸气混合物的Marangoni凝结的影响。根据拍摄记录的图片,观察到了膜状、珠状、珠状带块状、波动条纹状、溪状和珠状带溪状6种凝结形态。发现并非所有的凝结形态都出现在每个工况中,而且有些凝结状态之间并没有严格的界限。凝结形态随过冷度、浓度、流速、压力和表面温差的不同会发生变化,尤其是过冷度和浓度对凝结形态的影响最大。凝结形态与其对应的凝结表面传热系数有紧密的联系:在相同的实验条件下,当凝结表面传热系数出现峰值时,其对应的凝结形态均为珠状凝结。当凝结表面传热系数较低时,其对应的凝结形态为膜状凝结或较大液块凝结。最后对平块和斜块的Marangoni凝结形态进行了对比分析:可以看出斜块凝结面上液珠比较混乱,凝结形态不能简单地归结为珠状、条状、环状、平膜状和带起伏的膜状中的一种,一般是各种凝结形态都有一部分,或者说居于各凝结形态的中间过渡态。

套管式双面加热蒸汽发生器的热工水力分析

为研究套管式双面加热蒸汽发生器在稳态和瞬态过程中的热工水力特性,建立了描述蒸汽发生器物理现象的一维均匀流数学模型。应用该模型,开发了可计算稳态和瞬态工况下一回路和二回路冷却剂温度场、焓场的直流蒸汽发生器热工水力程序。计算结果对直流蒸汽发生器结构设计、运行具有指导意义。

基于TEXAS-Ⅴ的AP1000堆外蒸汽爆炸分析

TEXAS-Ⅴ是一维三相瞬态蒸汽爆炸数学物理分析程序,本文采用TEXAS-Ⅴ程序对AP1000堆外蒸汽爆炸进行分析研究。结果表明:熔融物在粗混合阶段不断碎裂,并与冷却剂发生剧烈热量交换;AP1000堆外蒸汽爆炸的压力波随传播强度逐渐降低,压力波的传播会触发熔融物前沿后的熔融物碎裂产生更强的压力波,峰值可达70 MPa,且熔融物液柱具有合适的粗混合时间,较大的初始注入速度以及较大的注入直径能触发蒸汽爆炸产生更为强烈的压力波,具有更大的危险性。

无泵溴化锂热水型吸收式制冷机小型化研究

在分析国内外相关文献和试验的基础上,介绍了无泵L1Br吸收式热水型制冷机在小型化过程中遇到的问题及本课题组提升管的实验研究和吸收器、蒸发器的发展概况。

二元混合蒸汽凝结液珠分布的研究

根据Marangoni凝结实验图片,通过分析不同浓度和过冷度下凝结液珠在不同半径区间的比例分布,发现凝结液珠半径数目比例的最大值都是集中在0.15 mm和0.2 mm之间,研究了各浓度传热系数达到峰值时的凝结液珠尺寸分布规律.从统计数据来看,浓度对液珠尺寸分布影响不大,而流速对液珠的尺寸分布影响很大,当流速增大,液珠变得更多、更密.对Le Fever提出的液珠尺寸分布公式进行了流速修正,修正后的公式与实验数据的一致性较好,最大误差为23%.

常压立式油气储罐碎片撞击及防护措施研究

掌握油气储罐受碎片冲击的失效机理,并提出可行的安全防护措施,对进一步提高油气储罐在极端条件下的安全保障意义重大。应用LS-DYNA软件模拟计算探究了块状碎片对圆筒形储罐实体撞击失效过程中影响其损伤程度的主要因素,揭示了罐体被碎片撞击侵彻失效的典型特征,并提出了在储罐之间架设一定高度的爆炸碎片撞击防护网的安全保障提升措施。为了定量论证架设安全防护网的防护效果,建立了新的引入撞击防护安全网的Monte-Carlo撞击概率求解模型,对目标罐体的撞击概率重新计算。结果显示,安全防护网的高度与防撞击概率呈线性回归关系,架设6 m高的防护网就可使爆炸碎片撞击概率较无防护网时降低近一个数量级。

基于Web的水与水蒸汽热物性计算程序开发

在课题组已有流体热物性远程计算系统的研究基础上,进一步开展了针对水的热物性远程计算模块的研究,实现了IAPWS-95高精度水与水蒸汽的热物性数据计算,扩充了流体物理与化学性质数据资源平台,并完善了单一流体的热物性远程计算方法,为今后开展类似研究积累了经验。

基于Web的流体热物性远程计算系统研究

通过对当前流体热物性数据库的调查,结合课题组已有的研究基础,开发了一套基于 Web 的流体热物性远程计算系统。本文着重说明该系统的实现方法、主要模块及功能。该计算系统的研究,可为能源、动力、空调制冷及化工等领域的研究人员和工程技术人员获取流体热物性数据提供方便且有效的网络工具。

流速对非等温凝结表面Marangoni凝结换热特性的影响

在具有温度梯度的凝结表面上进行了水-酒精混合蒸气的Marangoni凝结的实验。研究了3种流速(V=2、4和6 m/s)对凝结表面上不同位置热流密度的影响。研究发现:流速对纯水蒸气和混合蒸气凝结时的表面温差和热流密度的影响是不同的。对纯水蒸气而言,流速增大后,表面温差和热流密度是增加的,并加剧了热流密度的分布不均(热流密度的相对差值在压力为31.2 kPa,流速2 m/s时为0.538,流速4 m/s时为0.6,流速6 m/s时为0.625)。对于混合蒸气,表面温差随流速的增加而减小,而热流密度增大很少(压力31.2 kPa,流速2 m/s时为0.186,4 m/s时为0.182,6m/s时为0.098)。

钛合金螺旋扭曲管内强化传热实验分析

以去离子水为工质,研究了钛合金螺旋扭曲管内的强化传热与流阻性能,并与钛合金圆管比较;根据实验数据拟合螺旋扭曲管内努塞尔特数和阻力系数的实验关联式,并与经典对流传热关联式比较.结果表明,Dittus-Boelter方程、Sieder-Tate方程、Михеев方程和Gnielinski方程适用于模拟螺旋扭曲管内对流换热特性.

基于液固两相流的脑动脉瘤破裂的数值模拟

脑动脉瘤是一种由于动脉管壁病理性局部扩张产生的脑血管瘤样突起,有着较高的致死率和致残率。动脉瘤的成病机理异常复杂,关于脑动脉瘤破裂的病变机理在临床医学上迄今仍无统一定论,但普遍接受学术界认定的血流动力学因素对瘤体破裂起决定作用这一观点。血流动力学因素中,影响动脉瘤的生长和破裂的是瘤内涡流和壁面剪切应力(WSS);当瘤内存在多涡复杂结构时,动脉瘤发生破裂的概率会急剧上升。本文利用FLUENT数值模拟,建立动脉瘤内液固两相动力学模型模型,模拟人体内部动脉瘤内红细胞等有形颗粒流动情况,重点分析内部流场及有形颗粒对瘤壁的冲刷信息,确定动脉瘤破裂的潜在区域和动力学条件,为脑动脉瘤临床诊断和预防提供理论依据。