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翅片管气化器管内相变传热流动数值模拟

低温与超导 2012年第2期40卷 52-56页

作者：陈叔平韩宏茵谢福寿姚淑婷常智新兰州理工大学石油化工学院兰州730050

采用Fluent多相流混合物模型,通过用户自定义程序(UDF)实现了液氮相变模拟,模拟了不同进口流速对翅片管气化器管内流体换热量、压力降、含气率及汽化体积的影响,并分析了各参数随进口流速改变而变化的原因。由数值模拟可知,翅片管内流... 详细信息

采用Fluent多相流混合物模型,通过用户自定义程序(UDF)实现了液氮相变模拟,模拟了不同进口流速对翅片管气化器管内流体换热量、压力降、含气率及汽化体积的影响,并分析了各参数随进口流速改变而变化的原因。由数值模拟可知,翅片管内流体进出口焓差、含气率及单位质量汽化体积随进口流速的增加而减少,而压力降和总换热量随进口流速的增加而增大,其中压力降增大的主要原因是由加速压降引起。

关键词：翅片管气化器相变液氮数值模拟

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套管结构对翅片管气化器结霜特性的影响

制冷学报 2022年第1期43卷 100-107页

作者：董超陈叔平朱鸣金树峰吴宗礼兰州理工大学石油化工学院兰州730050 中国特种设备检测研究院北京100029

结霜会对不同类型气化器造成长效性能的衰减。为研究套管结构对强化传热与表面结霜效果的影响,本文搭建了实验台,在普通传热管内加装套管,以液氮为工质,根据不同套管内径(Φ6、Φ8、Φ10 mm)及入口流量,设计了12组实验工况进行研究,获... 详细信息

结霜会对不同类型气化器造成长效性能的衰减。为研究套管结构对强化传热与表面结霜效果的影响,本文搭建了实验台,在普通传热管内加装套管,以液氮为工质,根据不同套管内径(Φ6、Φ8、Φ10 mm)及入口流量,设计了12组实验工况进行研究,获得翅片管表面不同测点处温度、霜层厚度及翅片管出口流体温度等参数。结果表明:入口流量为2.5 g/s时,普通传热管及套管内径为Φ6、Φ8、Φ10 mm结构的管内出口温度分别为193、205、200、199 K,相比于无套管结构,套管结构有效延缓了霜层生长,在3种规格套管中,Φ6 mm套管延缓霜层生长的效果较好;入口流量为2.5、3.5、4.5 g/s时,使用内径为Φ6 mm的套管结构及较低的入口流量可延缓翅片表面结霜。

关键词：翅片管气化器结霜特性套管结构强化换热

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空温式翅片管气化器自然对流换热的数值模拟

低温与超导 2011年第6期39卷 58-63页

作者：陈叔平常智新韩宏茵谢福寿姚淑婷兰州理工大学石油化工学院兰州730050

建立了深冷空温式星形翅片管气化器的空气侧自然对流换热模型。利用fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁面温度的气化器空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟。由数值模拟结果分析了气化器各... 详细信息

建立了深冷空温式星形翅片管气化器的空气侧自然对流换热模型。利用fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁面温度的气化器空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟。由数值模拟结果分析了气化器各结构尺寸大小与壁温对翅片管自然对流换热的影响,并拟合了气化器空气侧自然对流换热的Nu数的计算关联式,为工程实际提供参考。

关键词：翅片管气化器低温自然对流数值模拟

非稳态下翅片管气化器霜层内温度分布数值研究

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低温与超导 2012年第1期40卷 57-61页

作者：安彭军谢福寿陈叔平姚淑婷韩宏茵常智新乌鲁木齐市隆盛达环保科技有限公司乌鲁木齐830088 兰州理工大学石油化工学院兰州730050

为了分析非稳态下空温式翅片管气化器霜层内温度分布,采用数值模拟技术对多组影响因素进行数值计算。通过指数模型和多元线性回归模型,拟合出非稳态下霜层内温度分布关系式。结果表明该拟合关系式总体均方差小于10%,其精度在工程计算要... 详细信息

为了分析非稳态下空温式翅片管气化器霜层内温度分布,采用数值模拟技术对多组影响因素进行数值计算。通过指数模型和多元线性回归模型,拟合出非稳态下霜层内温度分布关系式。结果表明该拟合关系式总体均方差小于10%,其精度在工程计算要求范围内,可用于工程计算。

关键词：翅片管气化器温度分布数值模拟

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空温式翅片管气化器结霜模型及数值模拟

低温与超导 2011年第11期39卷 64-67页

作者：陈叔平姚淑婷谢福寿常智新韩宏茵兰州理工大学石油化工学院兰州730050

以分形理论的DLA模型为基础,建立了空温式翅片管气化器深冷表面上霜晶生长的二维模型,模拟了深冷表面上的霜晶生长过程。采用计盒维数法对模拟出的霜晶生长图像进行了分形维数的计算,结果表明深冷表面上霜晶的分形维数较一般冷表面上的... 详细信息

以分形理论的DLA模型为基础,建立了空温式翅片管气化器深冷表面上霜晶生长的二维模型,模拟了深冷表面上的霜晶生长过程。采用计盒维数法对模拟出的霜晶生长图像进行了分形维数的计算,结果表明深冷表面上霜晶的分形维数较一般冷表面上的分形维数大,从而说明深冷表面上的霜晶具有更加复杂的结构,充满空间的能力更大。这对进一步理解空温式深冷翅片管气化器表面上霜层的生长机理,探索有效的气化器抑霜除霜方法,提高气化器换热特性有重要的指导意义。

关键词：翅片管气化器结霜模型分形数值模拟

结霜工况下翅片管气化器表面气流换热特性试验研究

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低温与超导 2017年第9期45卷 72-78页

作者：王明秋陈叔平姚淑婷金树峰刘丹杨佳卉李军毛红威兰州理工大学石油化工学院兰州730050

为深入掌握气化器翅片管表面结霜过程中翅片管表面气流换热特性,以液氮为介质进行了翅片管表面结霜试验,分析了翅片表面结霜特性及气流温度、相对湿度沿翅片管轴向变化规律。结果表明:翅片管表面结霜最先出现在入口处的翅尖位置,沿翅片... 详细信息

为深入掌握气化器翅片管表面结霜过程中翅片管表面气流换热特性,以液氮为介质进行了翅片管表面结霜试验,分析了翅片表面结霜特性及气流温度、相对湿度沿翅片管轴向变化规律。结果表明:翅片管表面结霜最先出现在入口处的翅尖位置,沿翅片管径向越靠近翅根结霜现象越晚出现。结霜初期,翅片管(0mm—300mm)表面换热程度由强逐渐减弱,翅片管(600mm—900mm)表面换热程度由弱变强,随后逐渐减弱;结霜后期,整个翅片管表面换热程度呈稳定状态。可见,在设计气化器第一根翅片管时,应考虑适当增加翅片高度以延缓基管表面霜层的出现,提高气化器换热效率。这为进一步探寻合理有效抑制翅片管表面结霜方法提供了一定的理论基础。

关键词：翅片管气化器结霜气流换热特性试验研究

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基于分形论的深冷翅片管气化器结霜数值模拟

制冷学报 2012年第4期33卷 43-47页

作者：陈叔平姚淑婷谢福寿韩宏茵兰州理工大学石油化工学院兰州730050

利用分形理论DLA模型,建立翅片管气化器深冷表面霜层生长模型,通过控制程序循环次数模拟了深冷表面霜层生长不同阶段。结合实验观测到的深冷表面霜层生长过程,从分形维数和霜层密度两个方面验证数值模拟的合理性。结果表明,结霜初期随... 详细信息

利用分形理论DLA模型,建立翅片管气化器深冷表面霜层生长模型,通过控制程序循环次数模拟了深冷表面霜层生长不同阶段。结合实验观测到的深冷表面霜层生长过程,从分形维数和霜层密度两个方面验证数值模拟的合理性。结果表明,结霜初期随着初始霜枝晶上不断长出分枝晶,霜层密度随厚度的增大而减小,且深冷表面上霜层分形维数较一般冷表面分形维数大,说明深冷表面霜的生长更加复杂,充满空间的能力更大。这对进一步理解空温式深冷翅片管气化器表面结霜机理,探索有效除霜方法,提高气化器换热特性有重要意义。

关键词：工程热物理翅片管气化器分形数值模拟

基于分形理论的空温式翅片管气化器结霜传热研究

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基于分形理论的空温式翅片管气化器结霜传热研究

作者：姚淑婷兰州理工大学

学位级别：硕士

结霜现象广泛存在于自然界以及制冷、低温、航空航天等工程领域。当含湿气流流经温度低于水凝固点的翅片管气化器表面时,水蒸气便会在翅片管上结霜。霜层的存在会增大传热热阻,使流道压力损失增大,降低气化器的换热效率,增加能耗,带来... 详细信息

结霜现象广泛存在于自然界以及制冷、低温、航空航天等工程领域。当含湿气流流经温度低于水凝固点的翅片管气化器表面时,水蒸气便会在翅片管上结霜。霜层的存在会增大传热热阻,使流道压力损失增大,降低气化器的换热效率,增加能耗,带来诸多不利影响。因此,研究结霜问题对了解霜层生长对翅片管气化器换热特性的影响,探索有效的气化器抑制结霜方法,节约能源具有重要意义。本文对霜层生长分形特性及翅片管气化器在结霜工况下的换热特性进行研究,首先搭建霜层生长实验台,对自然对流条件下深冷表面结霜进行实验研究,得到结霜前期霜层厚度、深冷表面温度以及通过深冷表面的热流密度随时间的变化规律;同时对霜层生长形态进行实验观测,得到不同时刻霜层生长图像,重点对霜层生长过程中的分形特性展开研究。应用分形理论,获得深冷表面霜层剖面的孔隙面积分布分形维数及孔隙率,结合多孔介质传热传质理论,建立霜层导热的结构模型,求解出实际霜层导热系数。计算结果表明用该方法确定的霜层导热系数与实测得到的霜层有效导热系数值域范围是相符的,并通过与其他导热模型的比较,验证了将剖面面积分布分形维数引入导热模型以确定霜层导热系数的可行性。在此基础上,分析了翅片管气化器表面凝华结霜基本传热传质规律,对结霜工况下翅片管气化器换热性能进行了定量分析。最后,基于分形理论的DLA模型,结合实验观测到的深冷表面霜层生长规律,建立霜层生长二维模型,数值模拟了不同时刻霜层生长过程。从分形维数和霜层密度两个方面对模拟结果和实验结果进行对比分析,结果表明霜层分形维数的大小与霜晶体在空间的分布密集程度以及复杂程度有关,随着霜层厚度的增加,分形维数随之增大。模拟结果和实验结果较好的一致性验证了数值模拟的合理性,对进一步修正生长模型进而模拟不同因素对结霜影响的研究奠定基础。

关键词：翅片管气化器霜层生长分形传热数值模拟

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空温式翅片管气化器传热特性研究及数值模拟

空温式翅片管气化器传热特性研究及数值模拟

作者：常智新兰州理工大学

学位级别：硕士

空温式星形翅片管气化器是低温工程中常用的换热设备。因其热源是自然对流的空气,所以气化器的工作效率很大程度上受环境的影响,此外气化器表面温度较低,不可避免的出现结霜而降低了换热效率。各种复杂因素的叠加使得很难准确分析和预... 详细信息

空温式星形翅片管气化器是低温工程中常用的换热设备。因其热源是自然对流的空气,所以气化器的工作效率很大程度上受环境的影响,此外气化器表面温度较低,不可避免的出现结霜而降低了换热效率。各种复杂因素的叠加使得很难准确分析和预测气化器传热性能,为气化器的精确设计带来很大困难。为深入了解空温式星形翅片管气化器在结霜工况下换热特性,本文通过理论分析和数值模拟方法重点对翅片管表面结霜、翅片管自然对流换热及翅片管气化器设计计算方法三个方面进行了研究。首先,总结了霜层成核及生长的机理及结霜现象的特点,由基本传热传质学理论建立霜层生长及物性计算模型,并设计了深冷表面霜层生长及物性随环境及时间变化特性实验。其次,采用SST k ? ?湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁温的翅片管空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟。根据数值结果拟合了自然对流换热的Nu数的计算关联式,关联式相关性较好,与数值模拟结果比较均方差小于12%,可以用于气化器设计计算。并由数值模拟结果分析认为:1)翅片管外自然对流换热主要发生在粘性底层及射流层内,该区域内物性的选取对数值计算结果误差有一定影响;2)增加翅片管翅片数量将显著提高换热效果,但应避免因翅片间距过小导致使用过程中翅片间形成霜桥而大幅降低传热效率。最后,综合分析了气化器的传热特点,将翅片管气化器管外换热分为霜工况区、湿工况区及干工况区,将翅片管内换热分为液相区、气液两相区及气相区,对各区域分别建立传热计算模型,并设计了翅片管气化器在结霜工况下动态传热特性的实验。

关键词：翅片管气化器低温工况结霜换热特性数值模拟