水平并聯(lián)配管介質(zhì)流量分配特性研究.pdf

1、并聯(lián)配管廣泛應用于鍋爐、化工生產(chǎn)設備、天然氣液化裝置、汽車空調(diào)等換熱設備中。在生產(chǎn)中,并聯(lián)配管支路間介質(zhì)流量分配不均是引起換熱設備整體效率和安全性下降的重要原因。本文采用實驗研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,分別研究了并聯(lián)主管和支管水平放置方式下,單相介質(zhì)(空氣)和氣液兩相介質(zhì)(空氣和水)在并聯(lián)的四個支管間的流量分配特性;對壓力場、速度場等相關數(shù)據(jù)進行了分析,討論了流體分布不均與工況因素、結(jié)構(gòu)因素之間的關系。
　　單相介質(zhì)工況下,通過對

2、長1200mm、內(nèi)徑30mm的主管上分別應用直角T型三通結(jié)構(gòu)和彎管過渡T型三通結(jié)構(gòu)并聯(lián)四個內(nèi)徑15mm、長300mm的并聯(lián)分支系統(tǒng)進行數(shù)值模擬和實驗研究,獲得了以下結(jié)論:
　　采用直T型結(jié)構(gòu)并聯(lián)時,支管間流量分配規(guī)律為從靠近入口的第1根支管到第4根支管依次升高,這與主管內(nèi)靜壓分布依次升高的分布趨勢相同;采用彎T型結(jié)構(gòu)并聯(lián)時,支管間介質(zhì)流量從第一根支管到第四根支管呈現(xiàn)先升高后減小的趨勢,主管內(nèi)的靜壓分布也與支管出口流量分配趨勢相同。

3、通過數(shù)值模擬分析不同的工況因素和結(jié)構(gòu)因素對流量分配特性的影響,發(fā)現(xiàn)采用直T型結(jié)構(gòu)情況下,并聯(lián)配管間不均勻度STD隨入口表觀速度的增加逐漸增加;采用彎T型結(jié)構(gòu)時,并聯(lián)配管間不均勻度STD受入口表觀速度的影響很小;主管和支管管徑比的增加會使支管間的流量分配更加均勻,可有效降低介質(zhì)流量分配的不均勻度;在研究對象幾何尺度下,管間距的變化對沿程阻力影響效果不明顯,對并聯(lián)配管內(nèi)整體不均勻度影響很小;分支管與主管聯(lián)接處采用彎管過渡的T型連接與直角T型

4、連接相比,可顯著改善支管間的流量分配均勻度,且以第一根支管到第四根支管與主管間連接彎曲半徑逐漸減小的連接方式最優(yōu)。
　　采用可視化實驗研究的方法,獲得了水平并聯(lián)配管四支管出口氣液兩相分配的特性,確定了主管內(nèi)流型的轉(zhuǎn)化規(guī)律。分析了氣液兩相工況因素對并聯(lián)配管內(nèi)四支管出口流量分配特性的影響,實驗測試了結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的流量均配效果。
　　研究范圍內(nèi),環(huán)狀流工況下獲得的氣相不均勻度STD在5％左右,液相不均勻度STD在35％以上。液相分

5、配不均是環(huán)狀流在并聯(lián)配管內(nèi)質(zhì)量分配不均勻的主要原因。實驗發(fā)現(xiàn),直T型并聯(lián)配管內(nèi)四支管氣相出口流量表現(xiàn)為靠近來流方向的第1根支管和遠離來流方向的第4根支管遠低于中間兩支管的出口流量;液相分配規(guī)律與氣相分配規(guī)律相反,表現(xiàn)為中間兩支管的液相流量遠高于兩邊支管流量。增加進口氣相表觀速度能有效降低液相不均勻度;增加進口液相表觀速度使液相不均勻度明顯增加;工況因素對于氣相在支管間分配不均勻度的影響很小。因此,在合理范圍內(nèi)增加進口氣相表觀速度是降低整