低流量下蒸汽发生器倒U型管内流动传热的数值模拟

针对自然循环工况下蒸汽发生器部分倒U型传热管存在倒流现象,利用CFD软件对倒U型传热管内单相水流动传热特性进行研究。通过建立不同管长的倒U型管水动力曲线,分析了管长对倒流的影响,得出长管处易发生倒流的结论;通过对长管重位压降和摩擦压降随雷诺数变化情况进行分析,对倒流现象的出现进行了的理论解释。该文所得结果对倒流管空间分布的研究具有一定的意义。     

油水两相流粘度变化对涡轮流量计测量影响的实验研究

利用涡轮流量计测量了油水两相流动时的混合速度,重点研究了油相粘度变化和流量计入口油水相含率变化对测量精度的影响.实验采用了七种不同的油相粘庹(50,160,225,400,700,1100,1450mPa·s),并在含油率0-100%范围内记录了292组不同油水混合流量下的测量值.研究结果表明,当油相粘度为低粘值50和160mPa·s时,涡轮流量计的测量误差较小,且不受入口油相含率的影响,绝对误差均在±5%以内.当油相粘度大于225mPa·s时,随着入口油相含率的增加,误差逐渐增大.当油相粘度进一步提高到1100mPa·s以上时,涡轮流量计在较低的入口油相含率下进入非线性失效区.此外,实验数据还显示,用涡轮流量计测量油水混合流速时,测量结果对油水两相流流型不敏感.     

油水分离的数值模拟

本文用数值模拟的方法研究油水混合物在直管和螺旋管中的分离情况.计算使用Fluent大型商用软件,采用Euler-Euler法和Euler模型,求解支配油水分离两相流动的连续方程和动量方程.湍流模型采用多相流中混合型κ-ε模式.基本方程的离散和求解采用SIMPLE算法.计算表明,本文所用方法可以成功地模拟油水两相在直管中受重力作用的分离过程,以及螺旋中受重力与离心力同时作用时的分离过程.     

油气水复合式分离器样机实验

本文介绍了油气水分离技术方面的研究工作,分析了复合式油气水分离器的核心部件螺旋管和T型管对分离器性能的影响和作用,以及螺旋管侧壁开孔的大小、数量和位置的影响.通过试验得出适当增加h/d的值,如h/d≈20,直管直径为DN40,高度900,在大粘度下分离效果更好.联合实验表明,对一定配比的油水混合液(含水率60～80%)经T型管、螺旋管分离后,油中含水可小于1%.     

复合式油气水分离器研究

油气水的高效分离是陆上和海上油田在油气生产、输送、存储中关注的问题,复合式分离方法是近期的发展方向."十五"期间中国海洋石油总公司与中国科学院重大科技合作项目中列入了该研究课题.本文回顾了自2001年开始的五年来中国科学院力学研究所在新型复合式分离器研制方面开展的研究工作以及取得的进展.首先通过文献总结、专利调研和国内现场考察,提出了集重力、离心、膨胀于一体的复合式分离方法,采用以实验为主,结合数值模拟计算的研究路线.2003年力学所建成了模拟油气水分离的实验装置.2004年对离心和重力膨胀的关键部件--螺旋管、梯型管等进行了不同粘度、不同流速、不同油水配比条件下的油水分离实验.得到了螺旋管回转半径、开孔数量、孔径、方向,T型管垂直管的高度、数量、管径等对分离效果的影响.配合直管和螺旋管的数值模拟,得到了上述重要分离部件的设计准则,然后按工业使用分离器处理量的1/10缩尺比例,2005年设计制造了高效的复合式油水分离器.3月底,长4.5m、宽2.2m、高2.5m,全部由不锈钢制成的样机在力学所安装完毕.在粘度1～1500Mpa s,油水混合液流速变化范围为0.2～1.5m/s,油水配比为10%～90%范围内进行了分离器的实验室样机试验,达到了分离后油中含水率小于1%的当代国际先进水平.目前将设计全尺寸的复合式分离器,用于陆上油田工业现场试验以考核它的最终指标.     

基于LBM方法的圆盘等速入水空泡的数值模拟

采用单相格子Boltzmann模型进行了物体垂直入水问题的研究.该模型适用于大密度比的气液两相流动,其特点是忽略了系统中气相对液相的动力学影响.模拟了圆盘垂直等速入水过程,给出了入水过程中空泡与自由面的变化规律,研究了圆盘入水空泡相对闭合深度与Froude数之间的关系.数值模拟结果与相关的实验结果吻合良好,验证了格子Boltzmann方法(LBM:Lattice Boltzmann Method)模拟物体入水问题的可行性.     

采用IPSA法对水平管内流动沸腾传热特性的分析

采用英国D.B.Spalding教授提出的一种两相流计算方法--IPSA方法,对水平管内R12的流动沸腾进行了数值模拟,并且与实验数据进行了比较.结果证明这种方法能够较好对管内两相流动沸腾的传热特性进行分析.     

基于流固耦合的U型管流致振动数值分析

利用ANSYS＋CFX双向耦合的方法对换热器U型管的流致振动问题进行仿真分析。分别建立大涡模拟的流体控制方程和结构振动的控制方程,得到掠过U型管流体的升力系数、阻力系数曲线以及U型管振动加速度级谱线。分析表明,结构振动的主要频率成分在流体升力和阻力变化频率和结构本身的固有频率附近,可为工程实践提供参考,具有理论和实践价值。     

采用IPSA法对水平管内流动沸腾传热特性的分析

采用英国D.B.Spalding教授提出的一种两相流计算方法－－IPSA方法，对水平管内R12的流动沸腾进行了数值模拟，并且与实验数据进行了比较。结果证明这种方法能够较好对管内两相流动沸腾的传热特性进行分析。     

基于热节点网络法的船用LNG梯级汽化器换热性能分析

将基于梯级汽化理论的LNG梯级汽化器作为研究对象,以热节点网络法为基础,利用一维数值模拟方法对其进行热力学分析并建立热阻分析模型,对该汽化器壳体中LNG、丙烷(PR)和海水3种工质的耦合换热特性进行研究。主要分析了LNG腔体和PR腔体内气液两相流动换热以及海水腔体内单相流动换热,比较不同LNG质量流量和不同海水质量流量分别对LNG侧及海水侧流动换热特性的影响。结果表明:在LNG侧质量流量为2.4 kg/s、2.8 kg/s、3.2 kg/s、3.6 kg/s和4.0 kg/s工况时,LNG侧出口温度分别为278 K、281.6 K、242 K、229.8 K和222.5 K,温度变化显著且呈先增大后减小的变化趋势;海水侧质量流量的增加使得LNG侧出口温度升高,但增幅并不明显;此外,随着LNG侧和海水侧质量流量增加,两侧流体流动压降均大幅增加。