立式螺旋管内气液两相流摩擦阻力特性研究

螺旋管换热器以其良好的换热效果、结构紧凑等优点已较广泛地应用于炼油、化工、动力、医药等工程工业中。压力降是影响管换热器性能好坏的关键因素之一,但至今对螺旋管内气液两相流压力降的研究仍不充分。本文针对石化行业用某种螺旋管换热器内摩擦阻力压力降进行研究,为螺旋管换热器的开发提供理论依据。本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法,研究分析了质量流量、干度、压力、热负荷等因素对立式螺旋管内的摩擦阻力特性的影响规律。得到主要研究结论如下:1.分析该类型螺旋管内气体单相摩擦阻力实验数据,经修正前人公式得到该类型螺旋管内单相流摩擦阻力的经验关联式,拟合公式与实验数据误差在3%之内。2.对该类型螺旋管内的气液两相流摩擦阻力进行实验研究,通过分析得到了压力降随干度和质量流量的增加而增加的规律。又分别使用了均相模型方法和分相模型方法对实验结果进行了分析,发现用均相模型方法对实验结果进行分析时误差很大,不适用于实际问题;通过L-M分相模型方法对实验数据进行分析,在L-M分相模型及Chisholm拟合式的基础上,对L-M分相模型方法进行了修正,得到一条螺旋管两相摩擦阻力系数的计算关联式,在质量流量较低时,本文关联式精度较L-M方法要高,关联式最大误差不超过20%。3.借助数值模拟方法对该螺旋管内的摩擦阻力压力降进行了研究。首先进行了在相同工况下实验研究结果与数值模拟结果之间的对比,结果表明用数值模拟方法对螺旋管内的摩擦阻力压力降进行研究是可行的。然后在此数值模型的基础之上,研究了干度、质量流量、压力、壁面热负荷等因素对螺旋管内摩擦阻力的影响。得出结论认为在壁面热负荷影响下,管内的压力降随干度、质量流量的变化规律与无热负荷的情况下基本一致;随着压力增高,管内摩擦阻力降低;在热负荷较高时,摩擦阻力较高。

气液两相流; 摩擦阻力压力降; 螺旋管; 分相流; CFD;

方志民; 蒋宁;

TK172

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