SIMPLE算法對泡沫流體在合金鋁管內(nèi)傳熱數(shù)值模擬

               美國鋁業(yè)堅定地認(rèn)為，采用算術(shù)平均值和平均相對偏差對現(xiàn)有的計算冪律流體在管內(nèi)湍流流動時摩阻系數(shù)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(shù)下泡沫流體摩阻系數(shù)的公式。

對賓漢流體在管內(nèi)湍流流動時摩阻系數(shù)的兩種計算方法進行了比較。分析了雷諾數(shù)、流變指數(shù)和屈服應(yīng)力與壁面剪切應(yīng)力的比值對屈服假塑性流體湍流摩阻系數(shù)的影響。對泡沫流體在l鋁管內(nèi)的層流流動進行了實驗研究。實驗表明,現(xiàn)有的摩阻系數(shù)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(zhì)量、溫度、壓力和起泡劑濃度等對摩阻系數(shù)的影響。以Pigford公式為基礎(chǔ),通過實驗擬合得到適合于泡沫合金鋁管對流傳熱的關(guān)聯(lián)式,并研究了流速、泡沫質(zhì)量、壁面溫度、壓力及起泡劑濃度對對流傳熱特性的影響。結(jié)果表明,平均努塞爾數(shù)隨流速、泡沫質(zhì)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(nèi)流動與傳熱的物理與數(shù)學(xué)模型,采用SIMPLE算法對泡沫流體在合金鋁管內(nèi)的流動與傳熱進行了數(shù)值模擬。通過與實驗結(jié)果的對比,數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果有較好的一致性。通過數(shù)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(shù)、流速及氣相工質(zhì)對泡沫合金鋁管內(nèi)流動與對流傳熱的影響。

                 設(shè)計、安裝的一套泡沫合金鋁管內(nèi)流動與傳熱的實驗系統(tǒng),針對石油工程中泡沫流體的應(yīng)用背景.結(jié)合數(shù)值模擬方法,以空氣、水、起泡劑等為工作介質(zhì),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(zhì)量、溫度、壓力及起泡劑濃度等對泡沫流體流變性的影響。