并聯(lián)分支管內(nèi)霧狀流均布及優(yōu)化研究.pdf

1、并聯(lián)分支管作為將多臺(tái)板翅式換熱器連接起來(lái)的設(shè)備，在天然氣液化冷箱等工業(yè)設(shè)備中應(yīng)用廣泛，其內(nèi)部的氣液兩相流由于物性差異較大，很難均配，會(huì)影響設(shè)備的安全性和經(jīng)濟(jì)性。為了研究霧狀流在并聯(lián)分支管內(nèi)的流動(dòng)特性，本文以天然氣液化冷箱中的并聯(lián)分支管為物理模型，以處于霧狀流態(tài)的甲烷為工質(zhì)進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了流體物性、流動(dòng)工況對(duì)并聯(lián)分支管路內(nèi)流體流動(dòng)特性的影響，并提出了優(yōu)化結(jié)構(gòu)，對(duì)優(yōu)化并聯(lián)分支管內(nèi)流體流動(dòng)特性有一定的指導(dǎo)意義。
　　選擇適用于霧狀流

2、的Mi xtu re模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析流體溫度對(duì)并聯(lián)分支管內(nèi)霧狀流流動(dòng)特性的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)隨溫度提高，霧狀流在并聯(lián)分支管單根支管內(nèi)和整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)特性呈現(xiàn)同樣的變化規(guī)律，在水平流動(dòng)方向和豎直流動(dòng)方向的氣液分離都減輕，湍流耗散率均增加;單根支管內(nèi)和多根支管間的液相流量分配都更均勻。用單因素分析法比較甲烷霧狀流體的主要物性參數(shù)對(duì)并聯(lián)分支管內(nèi)液相分配的影響，發(fā)現(xiàn)單根支管內(nèi)，隨流體溫度的提高，液相粘度減小，氣液兩相之間產(chǎn)生滑移需要的能量減

3、小，液相更容易與氣相分離，而氣相粘度增加會(huì)使滑移減弱，液相密度減小、氣相密度增加使兩相之間的慣性力減小均有利于流量均配;多根支管間，隨流體溫度提高，液相粘度的變化對(duì)液相流量分配幾乎無(wú)影響，液相密度、氣相粘度和氣相密度的變化均利于其液相流量均配，且影響作用依次增大。
　　研究了入口流體的運(yùn)行工況對(duì)并聯(lián)分支管內(nèi)霧狀流流動(dòng)特性的影響規(guī)律，主管的入口速度增大，兩相受慣性力之差增大，并聯(lián)分支管單根支管內(nèi)和整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，霧狀流在水平流動(dòng)方向和豎

4、直流動(dòng)方向的氣液分離都加重，湍流耗散率均增加;單根支管內(nèi)和多根支管間的液相流量分配都更不均勻。液滴粒徑增加，氣液兩相的接觸面越小，粘性力減小，并聯(lián)分支管單根支管內(nèi)和整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，霧狀流在水平流動(dòng)方向和豎直流動(dòng)方向的氣液分離都加重，湍流耗散率均減小;單根支管內(nèi)和多根支管間的液相流量分配都更不均勻。液相體積分?jǐn)?shù)增加，兩相受慣性力之差增大，并聯(lián)分支管單根支管內(nèi)和整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，霧狀流在水平流動(dòng)方向和豎直流動(dòng)方向的氣液分離都略加重，湍流耗散率均減小，

5、但由于液相粘性力作用增加使得單根支管內(nèi)的液相流量分配幾乎沒(méi)有變化，整個(gè)系統(tǒng)支管間的液相流量分配更加均勻。發(fā)現(xiàn)上述3種工況參數(shù)中，流體入口速度和液滴粒徑的變化對(duì)并聯(lián)分支管內(nèi)霧狀流流動(dòng)特性的影響較大。
　　認(rèn)識(shí)到并聯(lián)分支管內(nèi)流體分配不均的機(jī)理，將直流支管與側(cè)支管銜接處改為圓弧結(jié)構(gòu)，距離入口越遠(yuǎn)的圓弧彎曲曲率越小，建立新型并聯(lián)分支管結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，觀察其對(duì)并聯(lián)分支管系統(tǒng)內(nèi)霧狀流流動(dòng)特性的優(yōu)化情況，發(fā)現(xiàn)并聯(lián)分支管優(yōu)化后，霧狀流在水平流動(dòng)