并联管组流量分配的模拟计算和试验研究

论文摘要

并联管组是加热炉、换热器、反应器、锅炉等设备中普遍使用的流量分配装置,流体在并联管组中分配的均匀性很大程度上决定了这些装置运行的安全性和经济性。本文以数值模拟方法为主、理论和实验研究方法为辅对并联管组内的流体流动进行了系统地研究和分析,探索了流体流量、进口方式、并联管组结构参数等因素对流量分配不均匀性的影响,提出了提高并联管组流量分配均匀性的措施。该研究结果对并联管组的优化设计和安全经济运行具有指导意义。首先,应用Fluent模拟软件对T型管和并联管组内的流体流动进行了模拟计算。分别研究了入口方式（径向和轴向进口）、入口流速、集箱和支管直径、支管长度、管间距等因素对并联管组流量分配均匀性的影响。模拟结果表明：在相同的入口流速和并联管组结构条件下,径向入口方式有利于提高并联管组的流量分配均匀性；流体在并联管组中分配的均匀性随着入口流速的增加而降低；随着集箱直径的增大、支管直径的减小、支管长度的增大和支管间距的增大,流量分配的均匀性均增加。其次,用离散的数学模型对轴向进口方式的并联管组进行了理论计算,理论计算结果与模拟结果一致。最后,在空气-水试验装置上对径向入口方式的并联管组的流量分配进行了实验研究。实验结果和径向入口的并联管组的模拟结果一致,说明本文采用的模拟方法正确可行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 并联管组分配集箱中分配特性的研究
• 1.2.2 CFD在并联管组中的应用
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 FLUENT基本理论
• 2.1 计算流体力学理论
• 2.2 FLUENT软件的介绍
• 2.3 FLUENT中的网格
• 2.3.1 网格类型与选择
• 2.3.2 网格质量
• 2.4 基本数学模型
• 2.4.1 质量守恒方程和动量守恒方程
• 2.4.2 湍流方程
• 2.5 离散格式
• 2.5.1 术语与约定
• 2.5.2 一阶迎风格式
• 2.5.3 QUICK格式
• 第三章 并联管组的数值模拟
• 3.1 建立模型和参数设定
• 3.1.1 计算模型的确定与简化
• 3.1.2 物理模型
• 3.1.3 网格划分
• 3.1.4 控制方程和离散格式
• 3.1.5 边界条件
• 3.2 流量不均匀系数
• 3.3 T型管的模拟
• 3.4 并联管组的模拟
• 3.4.1 入口流速对并联管组流量分配均匀性的影响
• 3.4.2 集箱直径对并联管组流量分配均匀性的影响
• 3.4.3 支管直径对并联管组流量分配均匀性的影响
• 3.4.4 支管长度对并联管组流量分配均匀性的影响
• 3.4.5 支管数量对并联管组流量分配均匀性的影响
• 3.4.6 入口方式对并联管组流量分配均匀性的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 并联管组的理论分析
• 4.1 离散模型的建立
• 4.1.1 支管处集箱的动量方程
• 4.1.2 支管间集箱的动量方程
• 4.1.3 支管伯努利方程
• 4.1.4 质量守恒方程
• 4.1.5 边界条件
• 4.2 理论计算
• 4.3 模拟计算
• 4.4 计算结果与模拟结果的比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 数值模拟和实验结果的分析比较
• 5.1 实验装置与测量系统
• 5.2 测量方法质量守恒的检验
• 5.3 流量偏差
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
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• 详细摘要