流體力學的常用研究方法

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流體力學的常用研究方法范文第1篇

關鍵詞： 流體力學 教學方法 教學改革 自學方法

教育是一個國家的立國之本，我國自春秋戰國時期就有先賢孔子開始教書育人。然而在我國傳統教學中往往以教師作為主體，重教而輕學，教師在課堂上使出各種方法強化教學效果，而對學生的“學”重視不足，甚至視而不見。對于很多學科而言，這種教學方式對于學生掌握知識情況的改善確實有顯著的效果，但是對于《流體力學》課程，這種教學方式影響十分有限。究其原因主要有：1.課程對數學基礎要求高；2.概念理解困難，費時；3.公式多且難，學生容易失去學習興趣。當學生處在課后不學、課上不聽或聽也聽不懂的狀態時，教師的諸多課堂教學手段在實施時就像沒有觀眾的表演一樣是達不到良好教學效果的。正是由于《流體力學》課程的這種特性，使得教學中的“學”在該課程的教授過程中顯得越來越重要。這里的“學”，不應僅僅是傳統教學方式中，學生在課堂上被動接受，而應包含課外自主學習。通過對過往學生學習情況的了解，有良好自學習慣和自學方法得當的學生往往《流體力學》課程成績優于沒有自學習慣的學生。正因如此，引導學生養成良好自學習慣和教會學生學會選擇恰當的自學方法在《流體力學》的教學中顯得尤為重要。為了達到以上教學目的，需對傳統教學方法進行如下調整。

一、讓學生具有主動自學的意愿

要引導學生主動學習，首先要讓學生有自學的意愿，較常用的有以下兩種方法。

1.上好第一堂課。

“第一印象效應”是婦孺皆知的一種心理效應，在日常生活中經常用到，如面試者注意儀表，為官者的“下馬威”等。這個道理在流體力學教學中同樣適用。聰明的教師通常特別注意教授第一堂課，這樣更容易引起學生的興趣，調動學生的積極性。針對工程流體力學的第一堂課，教師最好避免采用過于生硬的公式或太理論化的概念進行教授，可將現實中的一些有趣現象與課程進行聯系或提及一些與課程有關且同學們感興趣的問題。這一點得到很多教師的共識，如上海交通大學的丁祖榮教授在其《流體力學》公開課中就以高爾夫球為什么不采用光滑表面、汽車的形狀怎樣最優等幾個有趣的例子將看不見、摸不著的力與現實生活聯系在一起，使得學生對學習流體力學充滿期待。“興趣是最好的老師”，有了興趣之后學生自然愿意投入精力學習。

2.重點強調“前車之鑒”。

這里的“前車之鑒”當然可以指流體力學考試的一次通過率較低和流體力學成績普遍偏低的現實，但是事實證明，這種“前車之鑒”對調動學生學習的主動性效果并不顯著，反而容易引起部分學生的畏懼心理，不利于學生自學積極性的提高。通常來講最好的辦法就是對比平時喜歡學習和善于自學的同學與平時沒有自學習慣且學習態度不端正的同學進行對比，通過兩類同學在這門課程上取得的不同學習效果使得學生意識到自學對于流體力學課程的重要性。

當然以上兩種方法在增強學生自學意識上第一種效果更佳，但過于依賴學生興趣會使學生對后續課程的趣味性要求提高，反而不利于理論部分的教學，所以教師在課程上應盡可能將兩種方法結合，以期達到最佳效果。

二、讓學生學會流體力學課程的自學方法

僅有自學意識和自學動力對于流體力學課程的學習是遠遠不夠的，受制于中國基礎教育，我國進入大學學習的學生多半擅長記憶，而不是對公式概念的理解和運用。記憶固然重要，但是僅擅長記憶對于流體力學課程自學而言是遠遠不夠的。于是很多高校教師面臨的問題除了專業知識的教授外，還多了本應在中小學教育中教授的自學方法。為了使學生學會力學課程的自學方法，在教學中要注意以下幾點。

1.由淺到難。

所謂的由淺到難即留給學生自學的內容難度應由淺到難。有的老師為了提高學生自學能力，只要是自己不感興趣的章節或自認為不重要的章節統統不講解，完全留給學生自我消化。這樣的方法固然能夠極大地促進學生自學能力的提高，然而僅對本身自學能力較強的學生有效。這種教學方式對于重點院校的本科生，其差異性表現不明顯，但對于大多數普通院校的學生而言，只有少數學生適應這種教學方式，大多數學生則會因為難度過大而過早喪失學習興趣。因此教師在教授過程中，可先留一些較簡單的問題讓學生自學，等學生習慣自學且達到一定自學能力后再將部分較復雜的理論推導留給學生。

2.保證課前預習，課后復習。

自學能力不是一蹴而就，掌握方法就能立即提高的，需要不斷地練習。對于流體力學這門課程而言，其學習過程也需要循序漸進，因為流體力學的課程內容包含大量模型簡化、理論推導、概念理解、公式運用等需要大腦復雜加工的過程，一次的內容接觸不足以使大腦完成所有的任務。因此要保證課程學習質量，對課程內容的反復斟酌是必不可少的過程。通常要使得該課程學習效果最佳，除了上課聽教師的講解外，課前預習和課后復習對于學生而言也是必不可少的。學生課前預習的主要目的是貫穿課堂知識點，整體把握課程內容的難點和自己不容易理解的。為促使學生養成課前預習習慣，教師除了在第一堂課調動學生興趣外，還可在前一次課堂上布置少量預習任務，要求學生下一次課進行回答，但主要還是依靠學生的自覺性。而課后復習的主要目的是加深學生對課堂教學內容的理解和提高知識運用能力。通常教師可以通過布置練習題的形式達到目的，偶爾可采用小測驗的形式對學生學習情況進行測試，通過測試可增強學生課后學習的動力。

3.教會思考，舉一反三。

上述兩點都是教師使學生了解怎樣有效自學的引導手段，而流體力學不同于其他學科自學的真正關鍵之處則在于教會學生如何思考。

不同于諸多學科，流體力學的學習不僅僅依賴對公式和知識點的記憶，學生對知識點的理解和運用更重要。因此往往有些學生學習很用功，但是遇見問題總是無法自己解決，只能通過背題目的方式應付考試。這種學生就是典型的學習方法不得當，沒有學會思考。實際上，學習流體力學知識和其他力學課程類似，大部分知識點都不脫離假設、建模、公式推導和公式運用的流程，學生在學習知識點時只要能夠回答出“3W1H”，那么這個知識點就已經掌握了。

那么這“3W1H”到底是什么呢？第一個“W”就是“When could I use it？”什么時候可以用這個知識點？這就意味著學生在學習中一定要先弄清楚運用知識點的前提，力學當中的很多概念都是在一定先決條件下得到的推理，因此對于這些知識點而言，其使用不得違背這些先決條件。第二個“W”就是“What problems could I solve？”我能夠解決什么問題，所有的知識都不是萬能的，它僅僅只是研究或解決某一類問題的方法或手段，流體力學中的知識點很多體現的是各種物理量之間的關系，而這些關系決定了我們可以解決什么樣的問題。第三個“W”是“What situation should I use it？”什么情況下我應該用這個知識點？在運用知識點解決問題的時候，一個問題往往有很多種解決思路，不同的物理量之間有多種表示關系的公式，選用公式的時候一定要找準問題的關鍵點，最終選擇合適的公式或運用正確的知識點解決問題。最后一個“H”，指的是“How should I use it？”我怎么用這個知識點。選擇了正確的知識點并不意味著你就會用了，什么地方我們該忽略掉，什么地方要補充其他知識點，都是需要考慮的問題。通過將各知識點進行組合，分析他們的邏輯、數學或物理等關系，最終才能解決要求的問題。舉一個簡單的例子：假設現要求某處的靜水壓力，這個題目只涉及單一的知識點。我們首先要分析，靜水壓力是什么？什么情況下才有？靜水壓力的求救問題屬于水靜力學部分的知識點，也就是當液體處于靜止狀態或相對靜止狀態時，靜水壓力才存在。第二步，則要分析靜水壓力這個知識點能解決什么問題或與其他的物理量之間有什么關系。顯然和靜水壓力相關的有靜水壓強和作用面積，壓強乘以面積即壓力，那么我們現在的思路出來了，要解決靜水壓力的問題首先要了解靜水壓強和液體作用面積的情況，現在問題變為了考靜水壓強這個知識點。第三步，什么情況下我應該運用這個知識點？由于這個問題較簡單，解題思路清晰，因此對于該題這一步可以跳過。最后就是怎樣用這個知識點，根據靜水壓強的特性，其方向都是垂直于作用面，任一點處各方向上的靜水壓強大小相等，各點處靜水壓強大小不同。因此我們知道對于該物體的靜水壓力不能直接用某一點的壓力乘以物體的面積而應該將物體上每一微面積上的靜水壓強與面積乘積計算得出各微面積上的靜水壓力再進行矢量加和。這樣這個問題的思路就完整了。當然對于這個思路來講只能保證將所有問題都分析清楚。在實際解題過程中，學生還要在不違背以上各物理量關系的前提下，想想能不能找到簡化的方法，如果有，思考為什么可以這樣簡化，該簡化方法有沒有局限性。

以上就是我們學習和分析流體力學問題的基本思路。該思路貌似復雜，但當學生按照該過程接受了一定量的練習之后，便可以快速分析出某一流體力學問題的關鍵。同時，這個過程對于學生的自學也是至關重要的。只有真正學會這樣思考的同學，才可能避免題海戰術，對任一知識點都可以做到舉一反三。這樣的自學過程不僅是對學生自學能力的鍛煉，而且是對學生分析問題能力的鍛煉。而這種綜合邏輯分析問題的思路不僅在流體力學學習時需要，對于其他的如數學、大學物理等很多理工科課程也是必不可少的。然而在現有的基礎教育和高等教育中往往缺少的就是分析問題方法的教育，更多的是讓學生通過數學學習無意識地培養邏輯分析能力。

三、讓學生養成自學習慣

自學動力有了，學習方法也掌握之后，要使學習效果得到充分體現就需要學生持之以恒，真正將自學變為自己習慣的一部分。對于這一點而言，主要靠學生本身的自覺性，但是老師也可以給其少量外部刺激，促使學生養成這種習慣，如課后布置作業，定期小測驗，甚至可以通過舉行類似于結構大賽的流體力學興趣大賽等形式提高學生學習興趣，促使其自學。

通過如上教學方法改革，我所帶班級的學生對流體力學課程的學習熱情普遍提高，同時分析解決問題能力得到增強。但是這種教學方法也存在一個明顯的缺點，即過分依賴學生自覺性，對于少部分沒有自學習慣且學習態度不好的學生不僅沒有促進其學習而且使得個別學生為自己的缺勤找到了充分理由。學生的兩極分化現象更加明顯，雖然良好率提高了，但課程總淘汰率有小幅提高。

總體而言，該課程的教學方法改革是有意義且有成效的，但其中遇到的某些問題還需進一步深化研究。

參考文獻：

[1]李國正.培養自學能力引導學生成長――淺談自學方法在學習過程中的滲透[J].新課程?上旬，2011，09：144-145.

[2]鄧克.機械類專業工程流體力學課程教學方法探討[J].安徽工業大學學報，2009，06（26）：146-147.

[3]畢金杰.試論學習過程中心理障礙產生的原因與對策[J].教學與管理，2012，10：19-20.

流體力學的常用研究方法范文第2篇

引言

CFD即計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）是一門通過數值計算方法求解流體控制方程組進而預測流體的流動、傳熱和化學反應等相關物理現象的學科。常用的方法有有限差分法、有限元法和有限體積法。進行CFD分析的基本思路如下：將原本在時間與空間上連續的物理場如速度場或壓力場等，離散成有限的變量集合，并根據流體力學的基本假定，建立起控制方程，通過求解這些流體力學的控制方程，獲得這些變量的近似值。

我國作為一個人口眾多的發展中國家，巨大的能源消耗已成為亟待解決的問題。其中建筑耗能占到總耗能的19.8%，而室內空調的耗能占到了整個建筑耗能的85%以上[2]。因此，在供暖、空氣調節和建筑物內外空氣流通等研究領域，采用CFD分析來替代傳統的試驗方法，可大大縮短研究時間并提高經濟效率。而本文將著重就CFD在暖通工程節能中的應用來展開討論。

CFD基本原理

CFD是通過計算機模擬和數值計算方法對流場進行仿真模擬，解決物理問題的精確數值算法。它是流體力學、數值計算方法以及計算機圖形學三者相互結合的產物。CFD是繼實驗流體力學和理論流體力學之后出現的第三種流體力學的研究方法，是十分重要的研究方法。在航空航天、土木工程、水利工程等研究領域都扮演著重要角色。尤其是在暖通空調和室內外通風等研究方法，CFD成為了最為行之有效的分析方法。

CFD在暖通工程的應用

CFD在暖通空調中的主要應用領域CFD主要可用于解決以下幾類暖通空調工程的問題：

1.提高室內空調效率

采用CFD分析方法可以預測氣流在房間中的流動情況，在充分考慮室內環境、各類邊界條件與擾動的影響后，可全面地反映室內的氣流分布情況，通過進一步的優化設計可以得道一個合理的氣流分布方法，使空調的使用效率最優。

2.建筑周邊環境分析

建筑周邊環境對居民日常生活起著舉足輕重的作用。對居民小區的風環境和熱環境進行預測，是CFD分析的又一重要應用領域。采用CFD方法，在建筑設計階段即可對建筑周邊環境進行分析和優化，對規劃設計的效果進行驗證，使建筑通風和自然采光達到最佳效果，是小區居民生活品質的重要保障。

3.室內環境狀況分析

采用試驗方法分析室內環境狀況，需要耗費大量的時間與經費，而采用CFD方法進行分析不僅可以節省時間，同時也能精確預測利房間內的風速、溫濕度、污染物分布等指標，計算出通風效率、毒害物擴散效率和熱舒適等，進而對室內環境狀態做出一個合理的評估。

4.暖通設備性能評估

暖通空調工程使用的大部分設備，如風機、水槽、空調等，其運行狀態都受流質運動的影響，空氣或水的流動情況是評價設備性能的重要指標。通過CFD分析設備工作時的流場分布情況和流質流動情況，可有效地預測設備的工作狀態。進而選擇設備最佳工作狀態，降低設備能耗，節省運行費用。

暖通空調領域中CFD的求解過程

暖通空調領域用CFD進行模擬仿真，其主要環節無外乎包括以下幾個方面：建立數學物理模型、進行氣流數值求解、將數值解結果可視化等。

1.建立數學物理模型

建立數學模型是對所研究的流動問題進行數學描述，為數值求解做準備工作。基本數學模型有：

質量守恒方程：

動量守恒方程：

能量守恒方程：

式中；ρ為流體密度（kg/m3），t為時間（s），u為速度矢量（m/s），ui為速度在i方向上的分量（m/s），p為壓強（Pa）Fi―――體積力（N），T為溫度（K），cp為定壓比熱，ST為粘性耗散項。

2.求解過程

（1）確定邊界條件與初始條件

初始條件和邊界條件是控制方程有確定解的前提。初始條件是所研究對象在過程開始時刻各個求解變量的空間分布情況。對于瞬態問題必須給定初始條件，對于穩態問題不需要初始條件。

（2）劃分計算網格。

網格分結構網格和非結構網格。簡單說，結構網格在空間上比較規范，如對一個四邊形區域，結構網格多是成行成列分布的，而非結構網格在空間分布上沒有明顯的行線和列線。

（3）建立離散方程并求解。離散方程常用的方法有：有限容積法、有限差分法和有限元法等。選擇合適的方法，對求解區域進行離散。

CFD在暖通空調節能應用情況

隨著我國經濟迅速發展和人民生活水平大幅提升，城市生活對化石能源的需求量越來越大。但今年來一系列能源危機提醒我們應當注重能源安全問題。在建筑工程領域，采用 CFD分析模擬，可有效減少建筑能耗，并能提高暖通設備的運行工作效率，我國暖通工作者已認識到CFD計算在研究和設計中的重要地位。

1.我國CFD在暖通空調節能應用現狀

目前，我們已開始采用CFD對暖通空調節能的相關因素進行整體的系統模擬分析。通過在CFD模擬中改變設備參數，就有可能優化設備組合，改進系統性能。國外已把CFD用于室內空氣流動與建筑能耗禍合模擬，我國清華大學也用CFD對空間氣流組織設計與空調負荷的關系進行研究，這對建筑節能有重大意義。目前，我國在采用CFD解決建筑節能方面的研究還不是很深人，因而應進一步加強研究和推廣的力度。

2.我國CFD應用存在的問題

我國研究機構很早就開始CFD模擬技術的應用研究，研究的范圍從以室內空氣分布以及建筑物內煙氣流動規律的模擬為主，逐漸擴展到室外及建筑小區繞流乃至大氣擴散問題，并已形成一些可以解決實際問題的軟件。所以，從總體上看，我國暖通行業中開展CFD方面研究尚有大量工作要做，主要表現在以下幾個方面：

（1）還要建立在考慮輻射條件下計算室內空氣的溫度分布、壁面和空氣的換熱、壁面的溫度分布的多種模型。

（2）將已有的CFD模擬技術方法進行簡化，能夠在微機上較準確地計算包括高大空間氣流組織在內的各種通風空調熱環境問題。

（3）考慮實際空調管道連接帶來的風口出流特性變化，從而使室內空氣流動模擬更加準確等。

（4）CFD技術在CAE工程中已表現出巨大的優勢，如果將與CAD及CAM乃至AI技術有效地結合在一起，將顯示其強大的生命力。

結語

流體力學的常用研究方法范文第3篇

關鍵詞：攪拌；厭氧反應器；數值模擬

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2010）-12-0212-2

0 引言

厭氧反應器廣泛應用于包括農業養殖場廢水在內的各種廢水的處理過程中。由于一些廢水如養殖場廢水含有較高濃度的固體，為了強化混合，常常需要攪拌，雙層攪拌是厭氧反應器常用的攪拌方式。在目前工業上在對雙層攪拌槳攪拌厭氧反應器設計時，大都依賴經驗進行，設計效果達不到最優。

近年來，計算流體力學廣泛應用于各種不同流場的研究，如王定標等[1]對雙層槳葉攪拌器進行了數值模擬。通過流場的數值模擬不僅可以得到實驗手段無法得到的局部信息，而且還能節省研究經費。因此，國內外學者也開始用計算流體力學的方法研究厭氧反應器內的流場結構。Robert N.等學者用Fluent軟件模擬了厭氧反應器內流動，模擬結果顯示，厭氧反應器的重要操作參數如水力停留時間模擬值和計算值吻合較好[2，3]。在國內，葉群峰[4]對UASB反應器內單相流動進行了初步數值模擬。王衛京等[5]對UASB反應器內氣液兩相流動進行了數值模擬，并得出了厭氧反應器內氣相和液相的流場。這些研究對厭氧反應器流場進行了探索，但總體上來說，厭氧反應器內流動還未得到充分研究。本文對側伸攪拌厭氧反應器內流場進行了模擬，研究反應器內的流動規律。

1 流體力學模型

本文假設反應器內流動為穩態不可壓縮流動，厭氧反應器內的湍流用k-ε方程進行計算。連續性方程為：

反應器內流體的粘度取為0.85mPa?s[7]。

2 厭氧反應器結構

本文模擬了一個有雙層攪拌槳的厭氧反應器。該厭氧反應器直徑為6m，高8m，攪拌槳為雙層斜葉槳，有三個葉片，直徑為1.5m。第一個槳距底部高度為2m，第二個槳距底部為6m。有4個寬度為0.6m的擋板。采用非結構網格對整個厭氧反應器區域計算，其網格劃分如圖1所示。

3 模擬結果與討論

反應器流動的數值模擬結果如圖所示。圖2是流動軌跡圖，圖3 是速度矢量圖。從圖中可以看出，流體在攪拌槳的推動作用下，由反應器中心向下流動，到底部后沿壁面向上流動，這樣流體在整個反應器內形成循環流動，使物料在整個反應器內進行混合。

圖4和圖5分別是耗散率兩個擋板中間截面及攪拌槳區域的等值線圖。這兩個圖顯示出，在雙層攪拌槳厭氧反應器的流場中，除在攪拌槳小部分區域內，湍流特性在整個反應器區域分布是比較均勻的，這種情況的對厭氧菌的生長比較有利。而從圖5也可以看出，在攪拌槳區域內，耗散率的只在攪拌槳葉片及附近區域內分布不均勻，表明在這一區域內流動剪切力較大，對厭氧菌的生長不利。因此，需要開發新型攪拌槳，降低攪拌過程的剪切作用，使反應器的流場更有利于厭氧菌的生長。

圖5 耗散率ε等值線圖（上：攪拌槳橫截面，下：攪拌槳表面）

4 結論

本文對雙層攪拌槳厭氧反應器流場進行了數值模擬。模擬結果表明，在攪拌槳的推動作用下，流體在反應器內形成循環流動。而湍流的特性值ε在反應器內分布比較均勻，存在著這對厭氧菌的生長較有利。

參考文獻

[1] 王定標，楊麗云，于艷，等.雙層槳葉攪拌器流場的CFD模擬與PIV測量[J].鄭州大學學報：工學版，2009,30(2):1-5.

[2] 葉群峰.升流式厭氧污泥床（UASB）數值模擬及流態分析[D].鄭州大學，2002.

[3] 王衛京，左秀錦，朱波.UASB厭氧反應器內流場數值模擬[J].大連大學學報，2007,28(3):8-10.

[4] 顏智勇，胡勇有，肖繼波，等.EGSB反應器的流態模擬研究[J].工業用水與廢水，2007,35(2):5-9.

基金項目：遼寧省教育廳科學技術研究項目資助(2009A068)。

流體力學的常用研究方法范文第4篇

關鍵詞 分解槽； Fluent；攪拌槳葉；數值分析

中圖分類號TQ13 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）110-0048-02

Numerical Simulation of optimum designing for Stirring blade of Precipitator Tank

Wang You

Guiyang Aluminum-Magnesium Design & Research Institute Co.Ltd.， Guiyang，Guizhou， China 550081

AbstractBased on the principle of hydromechanics similarity， this paper gives a numerical simulation analysis on the precipitator’s stirring blade （MIG）relevant design modification， and combined with the fluid analysis software Fluent. The paper competitively analyzes four aspects as the three dimensional flow field velocity distribution， solid content difference analysis， stirring power and the maximum shear stress， provides reference basis for design of stirring blade.

KeywordsPrecipitator Tank， Fluent， Stirring Blade， Numerical Simulation

0 引言

隨著氧化鋁生產大型化的發展，傳統的Φ14m分解槽已不能滿足生產要求，需要開發更大直徑型的分解槽。分解槽大型化設計的主要難點是攪拌裝置的設計，其攪拌在生產過程中既要滿足料漿充分的混合懸浮又不破壞晶種的長大，因而其攪拌有一定的特殊性。攪拌裝置設計的重點在于槳葉的選型，目前由于攪拌過程種類繁多，介質情況差異很大，實際使用的攪拌槳葉形式多種多樣。目前的選型方法多是根據實踐經驗，選擇習慣應用的槳型，再在常用范圍內決定攪拌器的各種參數。也有通過小型試驗，再進行放大的設計方法。隨著計算流體力學的發展，運用流體分析軟件對攪拌過程進行數值模擬技術已日趨成熟，本文就是在現有的氧化鋁生產上通用的MIG型攪拌器的基礎上，運用相似原理和Fluent軟件提供的穩態多重參考系法(MFR)對設計的三種攪拌器進行數值模擬，并與原有Φ14m分解槽的MIG型攪拌器進行對比分析，得到適合大型分解槽攪拌使用要求的槳葉形式，為設備改進優化提供設計參考依據。

1 研究對象及模型建立

1.1 物理模型

分解槽整體模型如圖1，槽體直徑16m，高42m，內設置6層攪拌槳、1組擋板、在擋板對面設置提料管，建模中忽略提料管內部流場，忽略攪拌槳厚度。三種不同槳葉結構形式見圖2，其中模型A是傳統MIG槳葉形式，槳葉與軸的夾角為60°，模型B是將模型A中內槳葉分為上內槳及下內槳兩部分，模型C是將模型A中槳葉與軸的夾角由60°增加到70°，具體結構尺寸見表1。

圖1 整體攪拌分解槽模型

圖2 槳葉模型圖

模型A 模型B 模型C

分解槽內徑（m） 16 16 16

液面高度（m） 38 38 38

槳葉層數 6 6 6

槳葉直徑（m） 底層 11.6 11.6 11.6

其它層 10 10 10

每層槳葉之間高度（m） 6 6 6

軸徑規格（mm） Φ610X26 Φ610X26 Φ610X26

槳葉與軸夾角（°） 60 60 70

內漿分段 1段 2段 1段

擋板數量（含出料管） 2 2 2

轉速（rpm） 4.4 4.4 4.4

表1 分解槽不同攪拌槳葉形式結構尺寸

1.2計算方法

本文選用Realizable k-ξ湍流模型，歐拉-歐拉多相流模型對分解槽內固液體系進行數值模擬。在模型中考慮相間作用力、虛擬質量力及升力對固體顆粒的影響，其中固－液兩相間阻力系數的理論計算采用相間相互碰撞的Gidaspow 模型。

采用穩態多重參考系法（MRF），將各個計算區域分成兩個或多個互不重疊的圓筒狀區域，整個分解槽分為旋轉區域和靜止區域兩部分，旋轉區域的幾何結構只有攪拌槳，靜止區域的幾何結構包括整個槽壁、擋板與提料管，旋轉區域創建旋轉坐標系，靜止區域創建靜止坐標系，攪拌槳相對內部子區域靜止，實現攪拌槳的旋轉。

1.3 工藝條件

表2是分解槽實際生產中的一組常用物性參數。

項目 料液的密度

kg/m3 料液的粘度

Pa.s 顆粒密度

kg/m3 固含

g/l 顆粒

大小

μm 含量

（質量分率）%

數值 1753 0.0038 2424 1000 70 10.25/31

表 2 物性參數

2 模擬結果分析

2.1 分解槽內物料的三維速度矢量

圖3為穿過攪拌槳葉中心X-Y平面的三維速度分布圖，模型A、B形成的流場相似，都只在每層槳葉之間形成了非常明顯的流體循環，流體在槽內基本是在每層槳葉之間流動，沒有形成槳葉之間的兩層流體循環，而模型C在每層漿之間形成明顯的槳間循環，內外槳葉有明顯地流體向上運動之后分別向內外槳葉的流場位置循環從而形成了明顯的兩層流體循環，導致顆粒在槽內提留時間要比模型A、B長，從而有利于顆粒的結晶長大，也同實際設計MIG型攪拌器的預期效果吻合。

圖3 流場(X-Y平面)三維速度分布圖

2.2流場內的均勻度

分解槽攪拌的主要目的之一還要保持溶液濃度均勻，保證晶種與溶液有良好的接觸以利于析出晶體。通過模擬可以得到顆粒相在整個流場中的分布狀況，以及確定顆粒相的高濃度區域。

圖4給出了70μm顆粒的體積相分布情況，從圖中可以看出，在分解槽底面上有比較明顯的沉積，說明底層槳附近區域是沉積高危區，且易沉積的區基本可以分為兩塊，就是攪拌軸附近區域以及槽底邊緣的區域。模型A、B的沉積區域明顯多于模型C。

圖4 70μm顆粒體積相分布圖（X-Y平面）

流場內的最大固含差，可以在一定程度上反映出整個攪拌的顆粒相分布的均勻程度，本文根據固體顆粒體積分數換算為固含量，進而得到固含差，表 3給出了三種槳葉形式的最大固含差的計算分析值。

從表中可以看出，模型C的最大固含差最小，模型A最大，工業生產要求固含差控制在5%∽8%以內，從計算結果看，模型B和C可以滿足。

模型 顆粒

直徑 體積分數/% 固含/g/l 最大固含差/%

最大 最小 差值 最大 最小 差值

A 70μm 31.38 28.93 2.53 1033.11 918.21 114.9 11.12

125μm 11.24 8.95 0.60

B 70μm 31.63 30.5 1.13 1046.2 968.4 77.8 7.45

125μm 11.53 9.45 2.08

C 70μm 31.39 30.43 0.68 1035 977.11 57.89 5.59

125μm 11.31 9.88 0.44

表3 三種槳葉形式的最大固含差

2.3攪拌功率

攪拌功率是攪拌中重要的參數，一定程度影響了生產成本和工業生產的現實可能性。

圖5給出了運用Fluent計算的三種槳葉形式各層槳葉消耗功率分布情況。模型A消耗的總功率為106.4 KW， 模型B消耗的總功率為137.1 KW， 模型C消耗的總功率為115.6 KW，通過比較分析，在滿足使用要求和經濟性方面綜合考慮，模型C的綜合性能最好。

圖5 功率分布圖

3 結論

1）本文建立了大型分解槽攪拌槳葉的三種計算模型，并采用穩態多重參考系法對三種槳葉的攪拌過程進行了數值模擬計算，結論是模型C相較于模型A和模型B，攪拌流動效果較好，沉積區最少，均勻度最好，綜合性能經濟指標亦能滿足生產需要；

2）通過與現有工業上使用的分解槽及其攪拌結構進行對比分析，運用Fluent計算所得的分解槽攪拌模型能滿足實際生產對分解槽攪拌結構和工藝性能的要求，能為分解槽的大型化工業生產提供可靠的理論設計依據。

參考文獻

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流體力學的常用研究方法范文第5篇

Abstract： This paper proposes a new way of steam power cycle， according to the working medium vapor hydrodynamic characteristics， improve power cycle thermal efficiency of the whole process.

關鍵詞：朗肯循環；蒸汽動力；節能減排；火力發電

1 朗肯循環

朗肯循環（英語：Rankine Cycle）也被稱為蘭金循環，是一種將熱能轉化為功的熱力學循環。郎肯循環從外界吸收熱量，將其閉環的工質（通常使用水）加熱，實現熱能轉化做功。朗肯循環理論雖然誕生于19世紀中期，但即便到了今天，郎肯循環仍產生世界上90%的電力，包括幾乎所有的太陽能熱能、生物質能、煤炭與核能的電站。郎肯循環是支持蒸汽機的基本熱力學原理。

因為郎肯循環誕生的那個時代正處于第一次工業革命的開始階段，研究熱力學的材料、加工、設計、控制等綜合基礎條件，包括相關學科理論研究和現在差距很大，有必然的歷史局限性，以現在的技術水平去衡量、分析，難免要存在一些缺陷和不足。

1.1 郎肯循環應用特點

朗肯循環實現工質水的閉環循環，大大減少水資源的消耗，但是為了實現閉環，必須將水蒸氣冷凝為水，然后再把幾乎不能被壓縮的液態工質加壓，才能使之進入下一個動力循環。熱量只能參與一次做功循環，不能轉換為功的熱量必須被拋棄，因此，應用朗肯循環的工業系統熱量浪費巨大、熱效率難以提高！

實現蒸汽直接再利用通常能想到的就是機械再壓縮，但由于工作過程中需要消耗機械能，通過直觀的能量守恒定律分析費效比很低，實際應用中一般不會采用這種技術來實現蒸汽再循環利用。

在郎肯循環誕生的歷史條件、技術條件下，可以不考慮、也沒有能力考慮熱回收，人們習慣于接受凝汽環節的大量熱量必須以低溫形態散失。另外，水的凝結熱幾乎是常見工質中最大的，工作溫段也偏高，但是綜合考慮當時的條件，從成本、安全、環保等綜合因素考慮，直到現在，也似乎只有水是最理想的工質。

1.2 理論應用發展現狀

目前傳統朗肯循環理論應用中多用回熱、再熱等改進循環方式提高效率，還采用增加蒸汽溫度、壓力的臨界、超臨界工作模式來提高效率。這些方法根本的思路都是盡可能提高有效功在全部消耗熱能中的比例。

另外還有采用有機工質（非水蒸氣）來實現朗肯循環，即有機朗肯循環，它改變了溫度較低情況下的循環效率，還是存在凝結熱浪費的問題。

還有一種方法主要的出發點則是設法采用消耗少量熱能、機械能的方式，直接、間接對排放的低溫廢熱進行再利用，用于工業熱水制備、生活采暖等環節，實現余熱利用來提高有效輸出的功和熱在全部消耗熱能中的比例。

上述多種方法在系統成本、安全性、費效比、可行性等方面都受到諸多限制，很難實現熱能利用效率的大幅度提高，特別是難以實現熱-電轉換效率的大幅度提高。

2 流體力學相關原理

流體力學里面有些基本原理，實際應用時具有一定的“特殊”功能，在流體流動過程中，作為流體的物質屬性本身，也會附帶實現熱傳導交換、物質傳輸、物質壓縮等效果。其特點，就是幾乎都是在不需要機械裝置運動、機械功消耗的情況下，僅僅在空間變化、熱能傳遞、流動過程就能實現。

2.1 射流真空泵

基于流體力學文丘里管原理的射流真空泵是一種具有抽真空、冷凝、排水等三種效能的常用機械裝置。射流真空泵是利用一定壓力的水流通過對稱均布成一定形狀和傾斜度的噴咀噴出。由于噴射水流速度很高，于是周圍形成負壓使器室內產生真空，將外界氣（液）體抽吸進來，共同進入混合管，混合管內的水（氣）流互相摩擦， 混合與擠壓，通過擴壓管被排除，使器室內形成更高的真空。結構如右圖。

說明：1、高壓水進口；2、噴嘴；3、螺母；4、噴嘴板；5、氣體進口；6、泵體；7、混合室；8、喉部；9、擴壓管；10、混合氣液出口；

如果使用的射流是水，吸入的是低溫、低壓水蒸氣，則蒸汽與噴射水流直接接觸，進行熱交換，絕大部分的蒸汽必將冷凝成水與原水流混合，體積大大縮小；小量未被凝的蒸汽與不疑結的氣體亦與高速噴射水流一起從噴口噴出，流體具有動壓。查閱部分射流泵參數（如石油行業普遍使用的產品），射流抽取的目標介質可以達到自身質量的80%以上，壓力損失約10%左右。

有資料報道國內有單位做了這樣的應用，產品名稱叫“射流凝汽器”，但沒有大量推廣應用，其節能減排效果也沒有得到行業的重視。

右圖是一種利用噴霧或射流的混合式凝汽器：

這種裝置確實利用的冷卻水射流、霧化吸熱的效果，但是沒有利用射流的動能，而且蒸汽熱量巨大，冷卻吸熱能力有限，造成冷卻水用量增加，最后冷卻效果好了，但是還不能解決熱量回收利用的問題。

2.2 氣體放大器

進入20世紀70年代以后，世界各國都在進一步研究有關射流引流、真空理論，通過對一些細節的研究，如噴口形狀、方式、脈動等等因素的研究實踐，取得了一定的成果。比如和人類生活密切相關的無葉片風扇，以及工業化應用的氣體放大器。

氣體放大器原理如下圖：當高壓氣體通過氣體放大器0.05～0.1毫米的環形窄縫（3）后，向左側噴出，通過科恩達效應原理及氣體放大器特殊的幾何形狀，右側最大10～100倍的低壓氣體可被吸入，并與原始高壓氣體一起從氣體放大器左側吹出。近兩年來氣體放大器（空氣放大器）應用領域迅速擴展，常用大比例節約壓縮空氣，并且利用壓縮空氣實現吹塵、吸塵、物料運送等工業應用，技術成熟穩定。

結構說明：（1） 環形腔； （2） 可調環形槽；（3） 發生科恩達效應的剖面；（4）待吸入氣體；（5） 固定環（可調氣體放大器有）。

如果被吸入的氣體是低溫、低壓蒸汽，驅動氣流是高溫、高壓過熱蒸汽，在高溫蒸汽從環形噴口噴出時，會膨脹、降溫、降壓，同時與低溫、低壓蒸汽混合，達到熱量、動量平衡，最終氣流是中溫、中壓混合蒸汽，從左側排出。

2.3 渦流管

渦流管（Vortex Tube）又稱渦流制冷管、渦旋管、渦旋制冷器等，一定壓力的壓縮空氣輸入渦流管渦旋發生器后膨脹加速后旋轉，氣流以1，000，000 rpm的旋轉速度沿熱管壁進入熱管內部，在熱管的終端，一部分壓縮空氣通過調節閥以熱空氣的方式瀉出，剩余的壓縮空氣以較低速度通過進入熱管旋轉氣流的中心返回，這股冷氣流通過發生器中心形成超低溫冷氣匯集到冷氣端排出。以某種型號渦流管產品為例，輸入氣流7Bar，25℃干燥空氣的前提下最低冷氣溫度可達-45℃， 冷氣端射出冷氣流在7Bar，溫度最大降幅達-70℃，另一端射出的熱氣流極限溫度可達+130℃。冷氣、熱氣比例可以調整，從10%～90%之間互相變化，所能達到的最低、最高氣溫也和氣流量有關。

渦流管是一種結構非常簡單的能量分離裝置，它是由噴嘴、渦流室、分離孔板和冷熱兩端管組成。工作時壓縮氣體在噴嘴內膨脹，然后以很高的速度沿切線方向進入渦流管。氣流在渦流管內高速旋轉時，經過渦流中心的離心減壓、渦流外圈離心增壓作用，氣體從渦流中心到外壁分離成壓力、溫度不相等的兩部分氣流，處于中心部位的氣流溫度低，而處于外層部位的氣流溫度高，調節冷熱流比例，可以得到最佳制冷效應或制熱效應。

結構說明：（1） 高壓氣體入口； （2） 冷氣輸出口；（3） 熱氣輸出口。如果被吸入的氣體是低溫、低壓蒸汽，經過渦流管后，就可以在高溫輸出端輸出更熱蒸汽，低溫輸出端輸出低溫甚至低溫汽水混合物。

2.4 壓力溫度關系

其實上述三種特殊功能的裝置，其背后的理論基礎都來自于流體力學的一些基本定律，在蒸汽流動速度不大的時候，以下定律都適用：

波義耳定律：溫度恒定時，一定量氣體的壓力和它的體積的乘積為恒量。數學表達式為：pV = nRT =恒量或p1V1 = p2V2。

查理-蓋呂薩克氣體定律：壓力恒定時，一定量氣體的體積（V）與其溫度（T）成正比。

根據上述兩條定律分析，朗肯循環中沒有提及蒸汽傳輸過程中的氣體流體力學、熱力學問題，僅僅把蒸汽按照理想狀態氣體、靜止狀態氣體去研究，存在一定的局限性。

可壓縮流體流速加快，壓力降低，必然引起體積膨脹，從而使密度減小；反之，在流速減慢、壓力升高的同時，可壓縮流體受壓縮，體積縮小，因此，密度必然增大。氣體體積的膨脹，還會使溫度降低。當打開自行車氣門芯放氣，高壓氣體從氣門芯噴出來時，氣門芯的溫度顯著下降，甚至使表面結霜。這并不是自行車胎里面裝著很“冷”的氣體的緣故，而是高壓空氣從噴口噴出時體積膨脹引起降溫導致氣體中所含有的水蒸氣冷凝所致。同樣，當可壓縮流體受壓縮時，溫度會升高。譬如，用打氣筒打氣，氣筒壁會發燙。這并非皮碗與筒壁摩擦的結果，而主要是筒內空氣被壓縮，導致溫度升高。

一個對高低溫、高低壓變化非常敏感的蒸汽動力循環系統，應該充分考慮體積、空間、流速、壓力、溫度等混合因素，充分利用這些因素之間的關系，實現高效率的熱動力循環。

3 新的蒸汽動力循環

通過對朗肯循環特點分析，需要提出一種新的循環，首先利用非機械動力（至少是非電能）的方式實現對完成做功后的乏蒸汽進行再利用，其次充分利用氣體體積、溫度、壓力甚至氣體流速的關系，設法直接回收再利用冷凝熱，未能通過汽輪機一次轉化為功的熱量有機會參與下一次做功循環，經過多次轉化做功，系統效率趨向于100%，在理論上實現蒸汽動力循環整體熱效率的大幅度提高。

3.1 新循環

新的循環采用類似氣體放大器的裝置實現對低溫、低壓乏汽的升壓、升溫、引流；再通過對凝汽器內外部乏汽分流，管路空間（流管）截面積重新安排設計，使得蒸汽乏汽傳輸過程中產生壓差、溫差，讓低溫、低壓蒸汽吸收較高溫度、較高壓力蒸汽的熱量，同時使得較高溫蒸汽冷凝，較低溫蒸汽吸熱、升壓并直接進入蒸汽再循環，冷凝水則通過高壓鍋爐再生為高壓過熱蒸汽，攜帶新補充的熱能進入下一個蒸汽工作循環。

具體系統結構如下圖。

結構說明：1.凝汽器；2.高壓水泵；3.高壓鍋爐；4.氣體放大器；5.汽輪機；6.發電機；7.乏汽總管路；8.待凝結乏汽入口；9.待降壓乏汽入口；10.冷凝水管路；11.吸熱升溫乏汽出口；12.待吸入蒸汽入口；13.驅動高壓高溫蒸汽入口；14.再生混合工作蒸汽出口。

還可以采用下面的方式，改變凝汽器汽路，讓全部蒸汽均進入凝汽空間后，再進入吸熱管路，可以調整凝氣量和再生乏汽溫度。系統如下圖。

經過兩年多思考和相關領域的研究，這種新循環的理念、思路不斷地完善，而且越來越簡單明了，其實核心部件4氣體放大器，應該就是一個利用高能量工質（超高壓蒸汽）通過某種裝置、系統，驅動低能量工質（低壓乏汽），重新升壓升溫達到工作蒸汽（高壓蒸汽）的要求，并且最終混合共同去做功。利用超臨界蒸汽作為動力驅動系統實現蒸汽再壓縮、低品位冷凝熱回收利用，品位降低后的蒸汽再去驅動中低壓蒸汽發電機組。如果使用蒸汽動力的汽輪-壓縮機系統就更容易理解，如下圖所示。

3.2 新循環的特點

首先，和朗肯循環相比，系統設計上就沒有大量對系統外介質散熱的環節，整體熱效率會大幅度提高；

其次，朗肯循環實際應用中，近年來都是主要依靠提高全系統的壓力來提高熱電轉換效率，從水泵開始全部工作過程都處于超臨界壓力之下，系統的制造技術難度增加、成本增加、安全風險增加。該新循環方式雖然鍋爐的壓力也是需要大幅度提高，但是鍋爐的蒸汽發生量大幅度下降，高壓蒸汽涉及的范圍減少，高壓蒸汽涉及的過程幾乎沒有機械運動、需要較多維護的機械部件，關于技術難度加大、成本大幅增高、系統安全性下降的問題得以解決；

從過程上看出，該循環可以適用于各種汽輪機機組壓力，單次循環熱-功轉換效率變化，不影響系統整體效率，對安全生產有利；也可以用于現有中低壓蒸汽發電系統，在保留核心系統的情況下，以最低的成本實現技術改造，改造過程還可以分階段、分步驟實施。

4 能量守恒法分析

改進后的郎肯循環的動力、熱力學分析相對復雜，我們完全可以首先應用用熱力學第一定律（能量守恒定律）對它進行初步分析。

目前應用朗肯循環的熱電廠能效如下圖。

行業已知的數據表明鍋爐、水泵、汽輪機、發電機整體效率損失合計約10%；冷端損失，即凝汽器冷卻水帶走的熱量要占到50%以上，新的循環改進了凝汽器，采用了氣體放大器（射流或科恩達效應），下面逐個簡單分析這兩個部件的能量變化、流動情況。

4.1 凝氣器分析

該循環所用凝汽器結構與傳統凝汽器相似，所不同的是吸熱管路內部空間和凝汽空間的比例，前者應為后者空間、流管截面的數倍以上。假設乏汽通過兩條相同截面積的管路分別接入這兩個大小不同的空間，根據波義耳定律，蒸汽的壓力就會發生差異，進入吸熱管路的蒸汽膨脹比例較大，溫度下降較多，加之受到空氣放大器（或射流引流裝置）產生的抽真空作用，壓力、溫度進一步下降，因此溫度相對較低；進入凝氣空間的蒸汽膨脹比例較小，溫度下降較少，相對較高，吸熱管路內外蒸汽存在溫差，進行熱交換；凝氣空間的蒸汽放熱冷凝，吸熱管路內部蒸汽吸熱升溫，壓力回升。

全過程沒有對第三方做功，屬于絕熱過程，能量損失少。

4.2 氣體放大器分析

接入空氣放大器的壓力超百倍于乏汽的高溫、高壓、過熱蒸汽從環形噴口高速噴出，膨脹、擴散，同時基于流體的粘滯作用、氣體分子的混合、碰撞作用，依據科恩達效應，帶動大量乏汽一起運動，兩種蒸汽的動量、熱量混合、交換，達到平衡。最后形成中溫、中壓混合汽流。

全過程也沒有對第三方做功，屬于絕熱過程，能量損失少。

4.3 汽輪機-壓縮機分析

接入汽輪機-壓縮機系統的超高壓蒸汽，推動汽輪機工作，輸出動力帶動壓縮機實現對乏汽的機械再壓縮，乏汽升溫升壓；汽輪機的排氣壓力接近壓縮機的輸出壓力，兩組蒸汽最后形成中溫、中壓混合汽流，滿足發電機汽輪機工作的蒸汽壓力溫度要求。

全過程也沒有對第三方做功，屬于絕熱過程，能量損失少。

5 進一步應用改進

針對不同應用條件變化，改進后的郎肯循環可以進行適應性調整，進一步滿足工程應用的具體要求。

5.1 乏汽直接利用

該應用改進增加一個乏汽歧路、乏汽直供閥，實現對凝結乏汽的調整，必要時可以通過氣體放大器直接再利用部分尚未膨脹、降溫的乏汽。具體系統如上圖。

新增加的設備和管路有：15.乏汽直供閥；16.乏汽歧管。

該過程沒有對第三方做功，屬于絕熱過程，能量損失少。

5.2 射流泵輔助凝汽

該應用改進通過使用射流凝汽泵，可以直接吸收再利用部分乏汽，由于射流壓力較高，吸入的乏汽在混入高壓冷凝水流后凝結，放出熱量，使得冷凝水升溫預熱，同時也具有抽真空的作用。具體系統圖如下：

新增加的設備和管路有：17.射流凝汽泵；18.中壓冷凝水泵；19.射流輸入口；20.待凝結蒸汽吸入口；21.射流輸出口；22.凝汽器乏汽歧路。

該過程沒有對第三方做功，屬于絕熱過程，能量損失少。

5.3 渦流管應用

該應用改進通過使用渦流管，把排出的乏汽所含的能量進行分割，乏汽進入渦流管以后，分成高溫、低溫乏汽兩路輸出，冷的乏汽進入凝汽器的冷卻管路后，去射流凝汽器凝結；射流凝汽器的凝結、抽真空作用使得低溫乏汽在冷卻管路中溫度進一步降低，吸熱性能更好。

高溫乏汽一部分在凝汽器中把熱量傳遞給冷卻管路后凝結成冷凝水，經高壓泵進入射流凝汽器，開始下一個循環；沒有凝結的高溫乏汽，可以通過氣體放大器直接再利用。具體系統圖如下。

新增加的設備和管路有：23.渦流管；24.低溫蒸汽輸出口。該過程沒有對第三方做功，屬于絕熱過程，能量損失少。

6 需進一步研究的關鍵問題

本文只是提出一個新的循環過程，并基于熱力學第一定律進行了定性分析，如果該循環得到學術界初步認可，那么后續還有許多問題留待學術界討論、研究，主要可能有以下幾點：

6.1 凝氣與再生蒸汽比例

改進后的郎肯循環采用部分凝氣通過高壓鍋爐蒸發產生高溫、高壓過熱蒸汽來驅動低溫低壓蒸汽，以蒸汽循環一個周期熱電效率30%估算，需要補充約40%的熱能。如果不采用蒸汽再熱、過熱系統，所有這些熱能大部分由再蒸發的冷凝水承載。

如果假設氣體放大器可以再生利用90%的蒸汽，必須冷凝的蒸汽量將約占10%。這10%的水，又會釋放大量的熱量，如果不用冷卻水散熱，則應該由剩余的90%余熱蒸汽帶回再循環中。因此需要進一步研究如何合理設計蒸汽流動過程的空間、截面積比例，控制好各個環節的壓力、流量。

6.2 鍋爐壓力增加量

從氣體放大器工作原理可以得知，改進后的郎肯循環驅動蒸汽壓力應該是朗肯循環相應鍋爐壓力的10倍或更高，在有條件實現的情況下，越高越好！高壓鍋爐的研究，特別是結合空氣動力學對鍋爐結構進行改進，充分考慮動壓、靜壓的關系，實現“動態升溫”、“動態升壓”，控制好高壓鍋爐技術難度，降低高壓鍋爐的生產制造成本。

6.3 其它工質選擇

近年來，人們已經考慮采用水以外的工質實現郎肯循環，也就是選擇沸點和臨界溫度較低或很低的物質（多是有機化合物），但是由于這些工質在自然界多數是不存在的，因此只能用于小系統，無法大量使用，因為一旦發生大規模泄漏，即便能自然分解，也對環境存在潛在威脅。但從某種角度來講，說明人們已經開始思考傳統產業的技術變革。

目前有人提出用液態空氣代替水，對整個系統進行降溫、保溫，實現低溫、超低溫朗肯循環，采用自然界已有的熱量作為能量來源使液態空氣汽化膨脹。這個思路，如果和本循環結合，會大大降低液態空氣的再液化量，使得新的工藝實用價值會大大提高，在儲能發電、低溫發電，甚至是環境熱能發電技術上產生新的突破。

針對郎肯循環本身，這兩百多年來也有很多細節的變化，各種回熱、再熱、過熱手段均用于盡可能提高熱-電轉換效率和改善機組運行綜合性能。這些努力在改進后的郎肯循環中也一樣適用，在具體應用中也應該繼續推廣實施。

7 結束語

本文提出一個新的蒸汽動力循環方式，并做了簡單的分析和論證，希望能引起同行的關注，對其中的熱力學、流體力學過程進行進一步研究分析，共同利用現有的跨行業、多學科的先進成果技術，對傳統基礎理論進行再認識、再發展。

創新的角度，除了對郎肯循環理論進行發展研究意外，我們還應該對理論的應用同樣進行突破和創新。這么多年來，火電廠越做越大、工作壓力越來越高、能量越來越集中難以綜合利用、系統造價急劇增加，這些是不是值得我們反向思考一下？如果我們每臺工業鍋爐、采暖鍋爐都是一個小火電站，雖然發電效率并不一定很高，但都是先發電、后供暖，每個郎肯循環都實現全熱利用，有必要造這么大的火電廠嗎？有必要把電能、余熱來回輸送嗎？

長期以來，我們往往給定理、定律強加一些“習慣”、“必然”，比如，能量守恒定律讓我們想當然認為能量的獲得只有消耗能源才能獲得，忽略了能量還可以用“熱泵”技術實現高效率“借用”獲得；卡諾循環關于熱機做功效率的理論上限就想當然成了熱能利用全系統的上限；蒸汽機、內燃機都是高溫下工作，想當然認為只有人類感覺高溫的熱量能做功、低溫熱能不能做功，忽略了熱和功的單位都是焦耳，沒有溫度標記，類似的情況比比皆是。我們應該打破自己內心的條條框框，還定理、定律的本來面目，進行新的理論的應用創新。