基于Fluent涡流管内部场的三维仿真及性能分析

发布时间：2021-01-23 07:31

　　涡流管是一种易于维修、便于携带、只需高压气体便可实现冷热分离的装置。由于涡流管独特的运行特点已在制冷领域、真空领域、化工领域、生物领域得到广泛应用。涡流管内部流动及其复杂,性能差异也受众多因素影响,因此正确理解涡流管内部流体流动状态以及性能影响因素是拓展涡流管应用的基础。本文以Fluent数值模拟为基础,采用R41为工质对涡流管内压力场、温度场以及三维流场进行模拟分析;并采用多种制冷剂为工质,选取最佳工质分析运行参数和结构参数对涡流管制冷效应、制热效应以及分离效应的影响。模拟结果表明涡流管内部存在明显的压力梯度和温度梯度,热端管轴截面上自轴心区域到外缘区域方向压力和温度逐渐增大;自涡流室到热端阀方向上压力逐渐减小而温度逐渐升高。模拟分析可知涡流管内部存在三维旋流流动状态,同时伴有正旋流和逆旋流、二次循环流、自由涡和强制涡流动特性。随着热端管轴截面上径向距离的增加,轴向速度存在方向上的转变,转变点为正旋流和逆旋流的分界点;径向速度受到二次循环流的影响存在由内到外的转变;切向速度随着径向距离的增加呈现先增加后减小的趋势,最大值可达110m/s,切向速度峰值点为自由涡和强制涡的转折点。随着热... 

【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

涡流管物理模型

内蒙古科技大学硕士学位论文本模拟采用非结构性局部网格划分，针对结构对性能的影响关系，将影响较大部分进行细化。由于喷嘴及热端管是影响能量分离最重要的结构部分，因此在此区域进行局部细化加密，冷端管以及热端阀网格较疏。图 3.3～3.6 分别为涡流管整体（以二流道涡流管为例）、涡流管喷嘴、热端管以及热端阀网格划分示意图，冷端管和热端管主要是正四面体网格和六面体网格，而喷嘴和热端管区域不仅包含正四面体和六面体网格，还包含三棱柱体和金字塔体网格。

本模拟采用非结构性局部网格划分，针对结构对性能的影响关系，将影响较大部分进行细化。由于喷嘴及热端管是影响能量分离最重要的结构部分，因此在此区域进行局部细化加密，冷端管以及热端阀网格较疏。图 3.3～3.6 分别为涡流管整体（以二流道涡流管为例）、涡流管喷嘴、热端管以及热端阀网格划分示意图，冷端管和热端管主要是正四面体网格和六面体网格，而喷嘴和热端管区域不仅包含正四面体和六面体网格，还包含三棱柱体和金字塔体网格。图 3.3 涡流管整体网格划分

【参考文献】：
期刊论文
[1]涡流管排水采气工艺在川西气田的应用[J]. 唐雷,鲁光亮,张雪,王浩儒,刘菁.  中国石油和化工标准与质量. 2018(21)
[2]基于涡流管的能量分离模拟研究[J]. 李文超.  管道技术与设备. 2018(04)
[3]三维数值模拟冷孔板孔径对涡流管能量分离特性的影响[J]. 何丽娟,潘鹏,黄艳伟,孙尚志.  真空科学与技术学报. 2018(03)
[4]涡流管喷雾海水淡化装置初探[J]. 张昳玮,沈荣华.  广东石油化工学院学报. 2018(01)
[5]基于Fluent的涡流管数值模拟与结构优化研究[J]. 何丽娟,潘鹏,黄艳伟,孙尚志.  真空科学与技术学报. 2018(01)
[6]冷端孔径对涡流管性能影响的实验研究[J]. 申江,边煜竣,郭欣炜.  制冷学报. 2017(06)
[7]进气温度与压力对涡流管性能影响的实验[J]. 龚迪澜,毛军逵,邓明,闫奔,王鹏飞,曾军.  航空动力学报. 2017(03)
[8]六流道喷嘴涡流管流动与传热数值模拟[J]. 梁法春,吴雪莹.  低温与超导. 2017(01)
[9]小管径涡流管三维数值模拟及热力学过程分析[J]. 李龙,何望云,李言,杨明顺,袁启龙.  机械科学与技术. 2016(05)
[10]冷端孔径及进口压力对涡流管性能影响的实验研究[J]. 郭欣炜,郭宪民,赵硕.  低温与超导. 2016(02)

博士论文
[1]小流量涡流管特性的理论与实验研究[D]. 曹勇.浙江大学 2003

硕士论文
[1]涡流管内气体流动数值模拟及性能分析[D]. 杨硕.东北大学 2013
[2]涡流管性能研究与参数优化[D]. 高彦宁.大连理工大学 2007
[3]涡流管能量分离过程的实验研究[D]. 马廷全.北京工业大学 2002



本文编号：2994823