填充有-無(wú)多孔介質(zhì)的T型管道中流體混合過(guò)程的流動(dòng)與傳熱研究.pdf

1、石油化工、能源動(dòng)力等領(lǐng)域的管道系統(tǒng)中的T型管道容易遭受溫度波動(dòng)而誘發(fā)熱疲勞失效。冷熱流體混合過(guò)程產(chǎn)生的速度和溫度波動(dòng)是誘發(fā)T型管道熱疲勞的本質(zhì)因?yàn)?。本文通過(guò)建立混合過(guò)程的流動(dòng)與傳熱模型,采用Smagorinsky-Lilly亞格子模型,對(duì)混合過(guò)程進(jìn)行大渦模擬,捕捉混合過(guò)程中速度和溫度信息。對(duì)速度和溫度的時(shí)均值和均方根值進(jìn)行分析,旨在揭示T型管道中冷熱流體混合過(guò)程的流動(dòng)與傳熱機(jī)理,進(jìn)而提出在T型管道中填充多孔介質(zhì)來(lái)削弱混合過(guò)程中的速度和溫

2、度波動(dòng)。主要開(kāi)展如下研究工作:
　　 (1)T型管道中冷熱流體混合過(guò)程大渦模擬數(shù)值結(jié)果的驗(yàn)證。無(wú)量綱時(shí)均速度和無(wú)量綱均方根速度的數(shù)值結(jié)果與已有文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　 (2)在大渦模擬有效性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,考察和分析反映慣性力的雷諾數(shù)Re和浮升力的理查德森數(shù)Ri對(duì)無(wú)填充多孔介質(zhì)的T型管道中的冷熱流體混合過(guò)程的影響。
　　 (3)對(duì)比分析填充有／無(wú)多孔介質(zhì)的T型管道中冷熱流體混合過(guò)程的流動(dòng)和傳熱特性。

3、>　　 通過(guò)上述研究,取得如下主要結(jié)論:
　　 (1)數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的吻合度,說(shuō)明大渦模擬能夠有效地預(yù)測(cè)T型管道內(nèi)的冷熱流體混合的流動(dòng)與傳熱過(guò)程。
　　 (2)對(duì)于無(wú)填充多孔介質(zhì)情形,盡管對(duì)稱面上無(wú)量綱時(shí)均速度和均方根速度、無(wú)量綱時(shí)均溫度和無(wú)量綱均方根溫度具有一定的差異,但總體上表現(xiàn)出良好的對(duì)稱性；主管下游靠近混合中心較遠(yuǎn)離混合中心的無(wú)量綱均方根速度和無(wú)量綱均方根溫度要大,說(shuō)明下游靠近混合中心處較遠(yuǎn)離混合中

4、心的冷熱流體混合劇烈。
　　 (3)對(duì)于無(wú)填充多孔介質(zhì)情形,討論分析了主管和支管入口流體無(wú)溫差條件下,不同主管和支管入口動(dòng)量比,亦即雷諾數(shù)Re對(duì)混合過(guò)程的影響,獲得了典型的碰撞射流、偏射流和壁面射流等流型。動(dòng)量比越大,時(shí)均速度沿z／db越均勻,均方根速度越小,亦即意味著支管垂直動(dòng)量對(duì)主管水平動(dòng)量的影響就越小。
　　 (4)對(duì)于無(wú)填充多孔介質(zhì)情形,討論分析了不同主管和支管入口流體有溫差條件下,理查德森數(shù)Ri對(duì)混合過(guò)程的影響

5、。支管冷流體與主管熱流體的溫差越大,浮升力越大,無(wú)量綱時(shí)均速度和無(wú)量綱時(shí)均溫度分布越不均勻,無(wú)量綱均方根速度和無(wú)量綱均方根溫度越大。
　　 (5)對(duì)填充有／無(wú)多孔介質(zhì)算例的無(wú)量綱時(shí)均速度和溫度、無(wú)量綱均方根速度與溫度、功率譜密度等參數(shù)的對(duì)比分析,揭示了多孔介質(zhì)能夠使得冷熱流體混合過(guò)程更加均勻,導(dǎo)致無(wú)量綱時(shí)均速度和溫度分布更加均勻,無(wú)量綱均方根速度和溫度更小,多孔介質(zhì)能夠有效降低T型管道中冷熱流體混合過(guò)程的速度和溫度波動(dòng)。