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

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

2、度波動。主要開展如下研究工作:
　　 (1)T型管道中冷熱流體混合過程大渦模擬數(shù)值結(jié)果的驗證。無量綱時均速度和無量綱均方根速度的數(shù)值結(jié)果與已有文獻的實驗結(jié)果進行對比分析。
　　 (2)在大渦模擬有效性驗證的基礎(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對無填充多孔介質(zhì)的T型管道中的冷熱流體混合過程的影響。
　　 (3)對比分析填充有／無多孔介質(zhì)的T型管道中冷熱流體混合過程的流動和傳熱特性。

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

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

5、。支管冷流體與主管熱流體的溫差越大,浮升力越大,無量綱時均速度和無量綱時均溫度分布越不均勻,無量綱均方根速度和無量綱均方根溫度越大。
　　 (5)對填充有／無多孔介質(zhì)算例的無量綱時均速度和溫度、無量綱均方根速度與溫度、功率譜密度等參數(shù)的對比分析,揭示了多孔介質(zhì)能夠使得冷熱流體混合過程更加均勻,導(dǎo)致無量綱時均速度和溫度分布更加均勻,無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程的速度和溫度波動。