SIMPLE算法對泡沫流體在合金鋁管內傳熱數值模擬

               美國鋁業(yè)堅定地認為，采用算術平均值和平均相對偏差對現(xiàn)有的計算冪律流體在管內湍流流動時摩阻系數的計算方法進行了對比分析,確定了可用于計算不同流變指數下泡沫流體摩阻系數的公式。

對賓漢流體在管內湍流流動時摩阻系數的兩種計算方法進行了比較。分析了雷諾數、流變指數和屈服應力與壁面剪切應力的比值對屈服假塑性流體湍流摩阻系數的影響。對泡沫流體在l鋁管內的層流流動進行了實驗研究。實驗表明,現(xiàn)有的摩阻系數計算公式用于泡沫流體時具有很高的精度,通過實驗確定了泡沫質量、溫度、壓力和起泡劑濃度等對摩阻系數的影響。以Pigford公式為基礎,通過實驗擬合得到適合于泡沫合金鋁管對流傳熱的關聯(lián)式,并研究了流速、泡沫質量、壁面溫度、壓力及起泡劑濃度對對流傳熱特性的影響。結果表明,平均努塞爾數隨流速、泡沫質量和起泡劑濃度的增加而增大,隨壓力的升高稍微增加,隨溫度的增加呈現(xiàn)降低的趨勢。建立了泡沫流體在合金鋁管內流動與傳熱的物理與數學模型,采用SIMPLE算法對泡沫流體在合金鋁管內的流動與傳熱進行了數值模擬。通過與實驗結果的對比,數值模擬結果與實驗結果有較好的一致性。通過數值模擬,得到泡沫流體的壓降和管截面平均溫度的沿程分布曲線、以及速度的徑向分布曲線,分析了流變參數、流速及氣相工質對泡沫合金鋁管內流動與對流傳熱的影響。

                 設計、安裝的一套泡沫合金鋁管內流動與傳熱的實驗系統(tǒng),針對石油工程中泡沫流體的應用背景.結合數值模擬方法,以空氣、水、起泡劑等為工作介質,對泡沫流體的流變模式、水力計算方法以及強制對流傳熱特性進行了較為系統(tǒng)的研究。實驗表明,可以采用冪律方程作為泡沫流體的流變模式,并擬合得到不同工況下泡沫流體的流變方程,通過實驗研究了泡沫質量、溫度、壓力及起泡劑濃度等對泡沫流體流變性的影響。