并聯(lián)分支管內霧狀流均布及優(yōu)化研究.pdf

1、并聯(lián)分支管作為將多臺板翅式換熱器連接起來的設備，在天然氣液化冷箱等工業(yè)設備中應用廣泛，其內部的氣液兩相流由于物性差異較大，很難均配，會影響設備的安全性和經濟性。為了研究霧狀流在并聯(lián)分支管內的流動特性，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)的甲烷為工質進行數值模擬，分析了流體物性、流動工況對并聯(lián)分支管路內流體流動特性的影響，并提出了優(yōu)化結構，對優(yōu)化并聯(lián)分支管內流體流動特性有一定的指導意義。
　　選擇適用于霧狀流

2、的Mi xtu re模型進行數值計算，分析流體溫度對并聯(lián)分支管內霧狀流流動特性的影響規(guī)律。發(fā)現隨溫度提高，霧狀流在并聯(lián)分支管單根支管內和整個系統(tǒng)內的流動特性呈現同樣的變化規(guī)律，在水平流動方向和豎直流動方向的氣液分離都減輕，湍流耗散率均增加;單根支管內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對并聯(lián)分支管內液相分配的影響，發(fā)現單根支管內，隨流體溫度的提高，液相粘度減小，氣液兩相之間產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，液相粘度的變化對液相流量分配幾乎無影響，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行工況對并聯(lián)分支管內霧狀流流動特性的影響規(guī)律，主管的入口速度增大，兩相受慣性力之差增大，并聯(lián)分支管單根支管內和整個系統(tǒng)內，霧狀流在水平流動方向和豎

4、直流動方向的氣液分離都加重，湍流耗散率均增加;單根支管內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)分支管單根支管內和整個系統(tǒng)內，霧狀流在水平流動方向和豎直流動方向的氣液分離都加重，湍流耗散率均減小;單根支管內和多根支管間的液相流量分配都更不均勻。液相體積分數增加，兩相受慣性力之差增大，并聯(lián)分支管單根支管內和整個系統(tǒng)內，霧狀流在水平流動方向和豎直流動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的液相流量分配幾乎沒有變化，整個系統(tǒng)支管間的液相流量分配更加均勻。發(fā)現上述3種工況參數中，流體入口速度和液滴粒徑的變化對并聯(lián)分支管內霧狀流流動特性的影響較大。
　　認識到并聯(lián)分支管內流體分配不均的機理，將直流支管與側支管銜接處改為圓弧結構，距離入口越遠的圓弧彎曲曲率越小，建立新型并聯(lián)分支管結構進行數值計算，觀察其對并聯(lián)分支管系統(tǒng)內霧狀流流動特性的優(yōu)化情況，發(fā)現并聯(lián)分支管優(yōu)化后，霧狀流在水平流動