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立体传质塔板CTST喷射特性的研究

高校化学工程学报 2014年第3期28卷 518-523页

作者：刘继东谢振山贺亮刘哲河北工业大学化工学院天津300130 河北工业大学城市学院天津300130

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。在直径570 mm的冷模实验塔内，采用高速摄像仪对CTST的喷射过程参数进行了实验研究，并且基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明：喷射孔气速是影响喷射... 详细信息

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。在直径570 mm的冷模实验塔内，采用高速摄像仪对CTST的喷射过程参数进行了实验研究，并且基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明：喷射孔气速是影响喷射锥角的关键因素，随着喷射孔气速的增加喷射锥角逐渐增大，当喷射孔气速超过7.5 m s-1时，喷射锥角趋于恒定，其数值稳定在55°左右。随着气速的增加喷射孔处液膜速度显著增大，而液体流量增加时液膜速度略有减小，越靠近喷射孔顶端液膜速度越大。喷射区域内液滴的分布密度接近于Rosin-Rammler分布，在喷射锥角为[20°，40°]区间内的液滴数量比较集中，随着气速和液体流量的增大，液滴分布密度逐渐趋于均匀。液滴群平均粒径随气速的增加而减小，随液量的增加略有增大。正常工作范围内，液滴群平均粒径为1.0~2.5 mm。

关键词：喷射锥角分布密度液膜速度液滴粒径

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气液降膜流动厚度及流速分布特性

高校化学工程学报 2018年第2期32卷 302-311页

作者：伍子玮王亦飞彭昕颜留成于广锁煤气化及能源化工教育部重点实验室华东理工大学洁净煤技术研究所上海200237

对洗涤冷却管内垂直降膜的流动特性进行了研究,采用超声波多普勒测速仪,对气相影响下液膜的厚度和速度进行了无接触式的测量,实验液膜雷诺数为2.04×10~4,气相雷诺数范围0~6.83×10~4。结果表明:液膜在洗涤冷却管流动发展过程中明显存... 详细信息

对洗涤冷却管内垂直降膜的流动特性进行了研究,采用超声波多普勒测速仪,对气相影响下液膜的厚度和速度进行了无接触式的测量,实验液膜雷诺数为2.04×10~4,气相雷诺数范围0~6.83×10~4。结果表明:液膜在洗涤冷却管流动发展过程中明显存在中央液膜向两边铺展的现象,铺展规律受气相雷诺数及出口槽缝尺度影响显著。管内周向角8和16°处局部液膜波动较其余周向位置剧烈并有增厚的趋势,且气相雷诺数和槽缝宽度的增大均使这两处液膜增厚位置向后延迟,使得管内初始段膜厚变薄。此外,气相雷诺数增大加强气液两相间的剪切作用,整体上加剧了液膜波动幅度,液膜速度波动趋势更加显著。

关键词：降膜流动液膜速度液膜厚度超声波多普勒测速仪洗涤冷却管

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竖直管内气液逆流降膜的计算流体力学模拟

计算机与应用化学 2014年第6期31卷 745-750页

作者：赵婵天津大学化工学院天津300072

建立了竖直管中降膜流动的二维模型,液体在重力作用下沿着管壁流下,气体从相反方向进入,采用多相流VOF(Volume of Fluid)模型,在流体力学软件FLUENT求解器中数值求算,模拟其中的液膜流动情况。通过改变液体和气体雷诺数,对于液膜的流体... 详细信息

建立了竖直管中降膜流动的二维模型,液体在重力作用下沿着管壁流下,气体从相反方向进入,采用多相流VOF(Volume of Fluid)模型,在流体力学软件FLUENT求解器中数值求算,模拟其中的液膜流动情况。通过改变液体和气体雷诺数,对于液膜的流体力学特征,包括液膜流动形态、液膜厚度随时间变化、流动方向液膜变化以及液膜中的速度分布等进行了分析。结果发现液膜形成过程主要可分为入口区、发展区和稳定区3个部分,液体雷诺数一定时,逆流气流对液膜形成的影响主要集中在稳定区;气相雷诺数一定时,随着液体雷诺数增大,液膜流动入口区变长,成熟区复合波中光滑液膜所占比例增加。液膜中的速度分布呈半抛物线型,速度随距离壁面距离增加增大,但在接近气液界面处略微下降。根据模拟得到的不同雷诺数的平均液膜厚度,与Nusselt理论预测值进行了比较,发现吻合良好。

关键词：降膜逆流液膜流态液膜厚度液膜速度

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竖直管内R113降膜流动数值模拟

科学技术与工程 2017年第18期17卷 63-68页

作者：王为术王涛彭岩上官闪闪时小宝赵冰超华北水利水电大学热能工程研究中心郑州450045 中信重工机械股份有限公司洛阳471003

为研发有机工质余热发电降膜蒸发装置,采用RNG k-ε模型对氟利昂(R113)竖直管内气液两相逆流降膜进行数值模拟。对液膜的流动形态和速度特性进行详细的分析研究。研究发现在沿管长方向的流动过程中,流速呈现出逐渐增大的趋势,但随着流... 详细信息

为研发有机工质余热发电降膜蒸发装置,采用RNG k-ε模型对氟利昂(R113)竖直管内气液两相逆流降膜进行数值模拟。对液膜的流动形态和速度特性进行详细的分析研究。研究发现在沿管长方向的流动过程中,流速呈现出逐渐增大的趋势,但随着流动的发展,这种增势变缓。膜厚由均匀变至厚薄交替并呈现出平稳段、波动段和震荡段三种不同的流动形态,虽然出现震荡波动但无断裂,与理论值对比模拟结果较可靠。

关键词：竖直管降膜液膜厚度液膜速度

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转盘结构参数对雾化效果的影响研究

机床与液压 2001年第2期29卷 77-79页

作者：杨海威詹永麒郑炜上海交通大学 200083

本文通过计算和超低量喷雾试验 ,分析了转盘结构参数 (转盘直径、转盘半锥角 )对转盘壁面液膜速度和雾化效果的影响。指出改进转盘壁面的形状 ,延长液体与转盘壁面间的接触长度。

关键词：旋转圆盘雾化器转盘结构参数液膜速度雾化效果超低量喷雾试验

基于数字减影法的T形管环状流液相流量分配测量及液膜参数分析

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基于数字减影法的T形管环状流液相流量分配测量及液膜参数分析

作者：付天宇山东大学

学位级别：硕士

气液环状流是一种常见的流型,广泛存在于诸多领域的热交换设备中。环状流中液相流动与多种物理过程关系密切,实现对管内环状流液相流量的精确测量对两相流现象的研究很重要。实现对液膜厚度和速度的精确测量能够深入理解两相流动中液相... 详细信息

气液环状流是一种常见的流型,广泛存在于诸多领域的热交换设备中。环状流中液相流动与多种物理过程关系密切,实现对管内环状流液相流量的精确测量对两相流现象的研究很重要。实现对液膜厚度和速度的精确测量能够深入理解两相流动中液相流动特征的细节,因此需要加以关注。近年来,随着数字摄像技术的发展,数字剪影方法逐渐在液膜厚度测量领域应用。使用T形管作为基本元件对管内环状流实现流量测量,测量方法是对液体进行染色后,使用高速摄像机在可见光环境下对环状流进行拍摄,通过基于数字剪影法的处理方法对图片的实现对环状流液相流量的测量。以Beer-Lambert定律为基础,使用光场拟合算法、透视变换算法后计算得到每个像素上的液膜厚度,积分后求出截面含液率;利用互相关图像特征匹配算法选择适当的移动窗口大小,求出管内的液相速度;最后在评估主支管内速度和液膜厚度的稳定性后,得出液相质量流量,与实验测量数据比较后偏差小于5%。同时运用文中提出的测量方法对T形管内稳定工况和变工况下的数据进行分析。在稳定工况下分别分析液膜速度与厚度随时间的波动情况;在变工况下的分析管内各部分的气液流量、液膜厚度和流动速度的变化情况,重点在于分析进口工况变化时液膜参数的变化规律,最后总结得出变化趋势。研究结果表明,在实验范围内的工况下在T形管进口的气液流量稳定的工况下,管内三个部分的液膜厚度都随着时间呈现无规律的波动,其中主管下部液膜厚度随时间波动最剧烈,而主管上部液膜厚度波动最不明显,通过计算不同时刻下管内三个部分的液膜厚度平均值,可以发现各部分平均厚度值较为稳定。进口气体流量不变(即进口气体流量130m3/h)增加进水量的情况下,管内各部分的液膜厚度都呈现增加趋势,且主管下部液膜厚度最大,主管上部液膜厚度最小;主管下部和上部的液膜速度都呈现先增加后减小的趋势,支管内速度呈现先增加后恒定的趋势,支管内速度最大,主管上部最小。在增加入口进气量的工况下(即进口气体流量依次为110m3/h、110nm3/h、130m3/h),支管内液相流量随之增加,而主管上部的流量减少;在同一进水量下随着进气流量的增加,T形管内各部分的液膜厚度都呈现减小趋势,而液膜速度都呈现增加的趋势。本文对用于测量环状流的流量测量方法做了较基础的研究,并对实验结果进行了分析,为今后的深入研究提供了思路和方法。

关键词：环状流流量测量数字剪影法液膜速度液膜厚度

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垂直降液膜的流体力学研究

垂直降液膜的流体力学研究

作者：赵婵天津大学

学位级别：硕士

本文建立了竖直管中气液并流条件下降液膜流动的二维模型，以水和空气为介质，采用多相流方法，在流体力学软件FLUENT求解器中进行数值求算，对降液膜的波动、液膜的流体力学特征、恒定壁面温度下的传热分段进行了研究。降液膜流动过... 详细信息

本文建立了竖直管中气液并流条件下降液膜流动的二维模型，以水和空气为介质，采用多相流方法，在流体力学软件FLUENT求解器中进行数值求算，对降液膜的波动、液膜的流体力学特征、恒定壁面温度下的传热分段进行了研究。降液膜流动过程中，液膜有不同的波动特征，通过模拟总结了不同气液相雷诺数下的流型，在不同高度处主要有：滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流，入口区主要为较平滑的层流，小振幅高频率波动;发展区以层流-波状流为主;稳定区液膜波以大振幅波为主，大振幅波之间有小振幅波。对于液膜波动和液膜表面速度以及壁面剪切力的关系进行了分析，最后考察了表面张力和气液接触角对液膜波动的影响。对液膜速度分布研究发现，液膜内速度类似抛物线形分布，平滑液膜内速度分布与Nusselt预测一致，而波动液膜中速度的最大值并未出现在液膜表面。气液界面处液膜速度分为x、y方向矢量，对于流动不同区域液膜表面的两个方向的速度进行了分析。随着入口距离的增加，壁面剪切力由无规律到周期性波动，波动频率增加。气相雷诺数对于壁面剪切力无影响，但随着液相雷诺数的增加，剪切力随之增加。对稳定区剪切力的模拟值与Nusselt预测值进行比较，模拟值小于理论预测值。对于层流和湍流液膜厚度进行研究，分别得出了无量纲液膜厚度关系式。恒定壁面温度时，入口区液膜中温度迅速升高达到稳定;发展区液膜中温度缓慢上升后保持稳定;在稳定区液膜中温度呈现螺旋式持续上升。对液膜表面温度研究发现，壁面温度增加，液膜表面温度增加;液膜表面温度与液膜波动呈现相反的趋势;在液膜较为平滑的底层，液膜温度反而比波动部分的温度高。对于液膜内的温度分布进行无量纲分析，发现与壁面距离大于一定值后温度几乎不再受到壁面温度的影响。对于入口区、发展区、稳定区的传热系数、主体温度分别进行了分析，发现具有不同特征。当入口液膜采用脉冲速度时，传热系数增大8%以上。

关键词：降液膜液膜波动液膜速度壁面剪切力液膜厚度传热

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横管降膜蒸发流动特性与机理研究

横管降膜蒸发流动特性与机理研究

作者：郑祺美大连理工大学

学位级别：硕士

横管降膜蒸发流动形态与流动机理对实际换热设备的应用系统设计有着重要的影响。本文依据海水淡化中多效蒸发技术为研究背景,建立横管降膜实验平台,分析不同工况下流态的变化与特殊流态产生的原因,并借助数值模拟技术建立三维横管降膜... 详细信息

横管降膜蒸发流动形态与流动机理对实际换热设备的应用系统设计有着重要的影响。本文依据海水淡化中多效蒸发技术为研究背景,建立横管降膜实验平台,分析不同工况下流态的变化与特殊流态产生的原因,并借助数值模拟技术建立三维横管降膜流动模型,进行流动特性模拟,为横管降膜蒸发技术在海水淡化领域的应用提供基础理论支持。在横管降膜蒸发流动的实验研究中主要分析了不同物性、管中心距、管径对降膜流态的影响,对流动形态进行说明;分析膜破裂、液滴滑移、液滴回缩以及滞后现象的产生原因;模拟研究主要关注多工况管外不同流动,分析液膜速度、管中心距、喷淋密度对降膜流动的影响;对特殊流态形成进行详细的液膜速度分析,了解液滴滴落拉扯过程中的速度变化;对滴-柱状流态进行详细分析,考察液膜速度与液膜厚度在首排管与次排管上以及管间液滴形成过程中的差异性。结果表明:实验中得到结论:管间降膜流动时,工质为30%甘油,柱状流动呈现出“顺排流”流态,而工质为水的柱排流没有“顺排流”形态;管中心距对柱帘状流流态的转变比对滴柱状流的转变影响更大,柱帘状流态临界转换Re变化较滴柱状流态的临界转换Re变化大;在管径d=19 mm和d=25.4mm下,并不会对管外降膜流动形态产生明显影响;工质为水的工况下,流态的临界点随流量增大和减小时出现不一致,流量减小时临界点出现的数值较低,出现滞后现象;管中心距的增加,会延迟流型转变的时间点;滞后现象与表面张力有关,表面张力越大,滞后现象越明显。模拟结果中得到:在首排管上液膜铺展,轴向距离L*=0.5处,周向角越大,液膜速度越大,液膜厚度越来越小;滴-柱状流态下,液膜铺展可以分为液膜形成过程和液柱稳态过程;液膜稳态过程中,沿着周向角增加,次排管上液膜速度变化都是以脉动的方式呈波状向下变动,呈现出一定的夹角趋向性,随着流动时间的增加,次排管上铺展液膜厚度呈现波浪式交替变换;达到尾流区时,随着轴向距离的变化,首排管上液膜厚度变化呈“U”形,次排管上液膜厚度变化呈阶梯状。

关键词：降膜流动滴-柱流型液膜速度液膜厚度

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喷雾冷却孤立液膜流动特性实验研究

喷雾冷却孤立液膜流动特性实验研究

作者：张海峰大连理工大学

学位级别：硕士

随着科技发展,芯片体积越来越小,功率越来越大,热流密度不断增加,芯片产生的大量热量如果没有及时转移就会损坏电子元器件。传统冷却方式受换热量不足等限制,无法有效实际应用于电子设备冷却中,喷雾冷却以其热流移除能力强、换热均匀等... 详细信息

随着科技发展,芯片体积越来越小,功率越来越大,热流密度不断增加,芯片产生的大量热量如果没有及时转移就会损坏电子元器件。传统冷却方式受换热量不足等限制,无法有效实际应用于电子设备冷却中,喷雾冷却以其热流移除能力强、换热均匀等优点,成为电子设备散热的有效选择。以前的实验研究对于喷雾冷却的传热特性及其影响因素有着较为充分的研究,对于单相冷却区的模拟研究也有很大的进展。但是对换热起着关键性作用的液膜研究却较少,对于液膜动态特性研究的缺乏导致了喷雾冷却传热机理研究的不完整。本文通过搭建喷雾冷却可视化实验台,对液膜这一表面特性进行深入研究。首先,对喷雾冷却中液滴速度这一基本物理量进行实验测量,分别测得水、HFE‐7000以及HFE‐7100三种工质在不同喷嘴高度、不同进口压力、不同工质过冷度以及不同热流工况下液滴速度随喷雾半径分布,并得到实验关联式。实验结果表明,在不同高度下三种工质的液滴速度分布均呈现先增大后减小的趋势,对于不同压力,随着压力增大,液滴速度也在增大,而工质过冷度和热流对液滴速度影响不明显。通过搭建喷雾冷却实验台获得不同压力、不同热流等工作条件下换热表面液膜图像,并对图像进行分析。利用MATLAB软件编程实现对所获得图像的处理,对该图像面积以及速度进行定量求解。对于孤立液膜给出其定义,分析单个液膜从形成到运动到换热边界的形态变化和速度变化,液膜面积随着时间变化逐渐增大,液膜速度总体上增大,有时因为与别的液膜融合或被液滴击碎而突变。分析压力,热流对孤立液膜影响,发现随热流增大,液膜由连续变为分散。随压力增大,液膜趋于连续状。并且在此过程中,孤立液膜速度总是呈现增大趋势。最后将液滴速度与孤立液膜速度联系起来,用表面平均雷诺数表示孤立液膜初始动量,结合雅可比数对孤立液膜平均速度进行实验关联式拟合。

关键词：喷雾冷却可视化液膜流动动态特性液膜速度