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《矩形螺旋通道气液两相流流动和传热特性数值研究 .pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第43卷第3期化工机械357矩形螺旋通道气液两相流流动和传热特性∗数值研究周云龙∗∗张超张立彦孙博(东北电力大学能源与动力工程学院)摘要采用Eulerian模型对矩形截面螺旋通道内气液两相流进行数值模拟,研究了螺旋通道内不同轴向位置气液两相流动的速度分布、相分布和温度分布特性,并分析无量纲螺距对速度分布、温度分布、单位长度压降和换热系数的影响。对水动力模型数值结果与实验结果、传热模型数值结果与实验关联式进行对比,结果表明:在一定范围内,无量纲螺距的增加使得速度场、温度场变化梯度增大,同时壁面换热系数稍有增大;超过无量纲螺距临界值,速度场和温度
2、场的变化梯度随无量纲螺距的增加而减小;随着无量纲螺距的增加,单位长度平均压降稍有增加,并且增加的幅度逐渐减小;无量纲螺距对相分布特性几乎无影响;随着入口截面含气率的增加,单位长度平均压降和换热效果提高。关键词矩形螺旋通道两相流流动特性传热特性数值模拟计算流体动力学中图分类号TQ022.4文献标识码A文章编号0254-6094(2016)03-0357-08[3]螺旋通道是一种典型的空间曲线通道,因其的研究。JayakumarJS等利用数值方法完成了结构紧凑、传热效率较高,在动力装置、化工机械立式螺旋管内气液两相流热力、水动力学特性的及核电设备
3、等领域广泛应用。由于矩形截面螺旋研究,得到了不同螺旋管道结构参数下的流动和[4]通道加工技术比圆形截面螺旋通道加工技术简传热规律。赵立新等数值分析了螺旋管内油单,现已逐渐受到人们的重视。矩形截面螺旋通水两相的分离特性,得到了螺旋管的回转半径和道主要应用于可实现锅炉余热回收利用的膨胀动入口流速是影响气液两相体积分数分布的主要因[5,6]力装置的单螺杆膨胀机中。单螺杆膨胀机适合于素的结论。[1]烟气余热回收系统,而影响其效率的主要因素对于矩形截面螺旋通道单相流体的流动和传就是复杂三维矩形螺旋通道内多组分、多相流的热特性研究也取得了一些成果。文献[
4、7~9]研流动结构。想要有效提高单螺杆膨胀机的效率,究了矩形截面螺旋通道内二次流现象。文献实现高质量余热回收,就要充分了解螺旋槽道内[10,11]利用数值方法完成矩形截面螺旋管道内流体的流动形态。流体粘性流动的研究,分析了离心力和科氏力共目前,研究人员对圆形截面螺旋通道内两相同作用下的二次流动、速度和温度分布随各参数流动已进行了大量的理论、实验和数值研究。的变化情况。MuraiY等实验研究了螺旋管内气液两相流的流矩形截面螺旋通道内气液两相流动特性的研动特性,提出离心加速度对于气液两相流动结构究相对较少,刘献飞等通过实验方法对矩形螺旋有重要影响
5、,并分析了截面含气率对压力波动的通道内弹状流的流动特性进行研究,发现流动特[2][12]作用。VashithS和NigamKDP完成了圆形截性会随着螺旋周角的变化而变化。周云龙和面螺旋通道内气液两相流的流动分布和界面现象张立彦利用数值方法研究了矩形截面立式螺旋管∗国家自然科学基金项目(51276033),东北电力大学研究生创新基金项目。∗∗周云龙,男,1960年2月生,教授。吉林省吉林市,132012。358化工机械2016年[13,14]内的气液两相流流型转换,并绘制流型图。数Re=ρvd/μ(ρ是流体的密度,μ是流体的动力2XiaGD等通
6、过数值模拟方法对不同结构参数、粘度),离心加速度为v/R,螺旋通道内临界雷诺入口含液率等因素对矩形螺旋管内气液两相流摩数决定通道内流体流动形态,临界雷诺数Re=cri擦压降的影响进行了研究[15,16]。0.5[17]2100(1+12λ)。矩形截面螺旋通道模型包目前,针对矩形截面螺旋通道气液两相流流括水平入口直管段和两圈螺旋通道(图2)。型和压降特性都有相应的探索,但对于矩形截面BolinderCJ和BengtSundén提出了在2.5倍螺距[18]螺旋通道的特征尺寸对气液两相流的速度分布、处,流体流动已经充分发展。为保证流动充分相分布特性
7、等缺乏深入研究,且矩形截面螺旋通发展,笔者所采用的入口直管段长度取5倍螺距道气液两相流传热特性的研究少有报道。长度。不同螺旋周角用θ表示,θ=0°表示螺旋通螺旋型通道自身的复杂三维螺旋结构对通道道起始点,θ=360°表示螺旋通道旋转一周,θ=内流体流动特性的影响一直是科研工作中值得关720°表示螺旋通道出口。注的问题,较好地设计螺旋型通道特征尺寸,是强化气液两相传热、提高换热效率的基础。笔者主要针对矩形截面螺旋通道内的气液两相流动进行研究,了解螺旋通道内气液两相流动特性和传热特性机理,通过改变不同的无量纲螺距、入口截面含气率系统分析螺旋通道内
8、不同轴向位置气液两相流动的速度分布、相分布和温度分布特性,并得到螺旋通道特征尺寸无量纲螺距对流动和传热特性的影响规律。1数值方法与结构参数1.1结构参数图2矩形横截
