【摘 要】
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气液两相流广泛存在于工业设备中,两相流量分配的均匀性对换热设备的安全运行和换热效率具有重要意义,因此针对两相流联箱内几何结构和流动特性的研究对于解决并联管束流量分配不均匀性,提高换热设备运行安全与经济具有重要意义。本文针对传统联箱内气液两相流量分配不均的问题,搭建可视化实验平台,研究了不同实验工况和不同几何结构对联箱内两相流量分配的影响。论文开展了传统联箱和安装笛形管联箱在不同工况下的实验研究,研
【基金项目】
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国家重点研发计划项目(2017YFB0602101);
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气液两相流广泛存在于工业设备中,两相流量分配的均匀性对换热设备的安全运行和换热效率具有重要意义,因此针对两相流联箱内几何结构和流动特性的研究对于解决并联管束流量分配不均匀性,提高换热设备运行安全与经济具有重要意义。本文针对传统联箱内气液两相流量分配不均的问题,搭建可视化实验平台,研究了不同实验工况和不同几何结构对联箱内两相流量分配的影响。论文开展了传统联箱和安装笛形管联箱在不同工况下的实验研究,研究结果发现,安装笛形管会明显改善联箱多并联分支管两相流流量分配,分支管流比集中在1附近,分支管标准偏差(STD)明显减小,显示流量分配均匀性得到明显提高;论文应用ANSYS CFX软件数值模拟了联箱内部的两相流量分配,采用了瞬态模型,设置与实验过程相同的边界条件,获得联箱内两相流流动的状态和气液两相体积分数云图、关键位置截面速度矢量图。比较发现,联箱内气液两相的运动具有周期性,笛形管套筒区域内存在旋涡,能够有效改善并联分支管两相流量分配。为了验证数值模拟的可靠性,采用高速摄影拍摄模拟相应工况条件下两相流量分配的过程,结合数值研究发现采用笛形管对改善联箱内部两相流量分配均匀性的原因;通过比较高速摄影和数值模拟结果,发现数值模拟和高速摄影过程相符,反映了数值模拟可靠性。研究发现,影响传统联箱内液体流量分配不均的主要因素是气体流速,安装笛形管后气液两相相互作用的过程发生明显改变,接触面积增大,解决了部分气液两相无法直接接触和联箱端部回流的问题,同时流速的大小影响气体从笛形管流出时气泡直径的大小。本论文采用实验、数值模拟与高速摄影相结合方法,对两相流联箱内部流场和相分离进行了研究,研究结果说明采用三种方法可以获得两相流联箱内部气液交互作用规律,以及笛形管两相流流量分配机理,对类似的两相流联箱流量分配具有参考作用。
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