水平管降膜流動(dòng)與雙相變耦合傳熱的數(shù)值模擬.pdf

1、水平管降膜蒸發(fā)具有傳熱系數(shù)較高，換熱溫差小，傳熱面積小，易于實(shí)現(xiàn)多效蒸發(fā)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于海水淡化、工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域中。水平管降膜蒸發(fā)正常運(yùn)行過(guò)程中，水平管外流體成膜是否均勻及穩(wěn)定和管內(nèi)外雙相變及流固耦合傳熱傳質(zhì)過(guò)程對(duì)保證系統(tǒng)高效運(yùn)行至關(guān)重要。因此，本文主要針對(duì)水平管降膜蒸發(fā)過(guò)程中管外流體成膜特性和雙相變耦合傳熱過(guò)程開(kāi)展數(shù)值模擬研究，獲得影響傳熱效率的主要因素及其影響規(guī)律，為降膜蒸發(fā)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。本文主要研究?jī)?nèi)容包括:

2、　　(1)水平管外流體成膜特性的數(shù)值模擬研究。本文建立了水平管外降膜流動(dòng)的二維CFD模型，研究了噴淋密度、管徑大小、布液高度對(duì)液膜厚度及沿環(huán)向分布特性的影響規(guī)律，計(jì)算結(jié)果表明:管外液膜厚度在管頂區(qū)域較大，在環(huán)向角度為105°附近達(dá)到最小值;液膜厚度隨著噴淋密度的增大而增大，隨著管徑的增大而緩慢減小。隨著布液高度的增加，水平管外同一環(huán)向位置的液膜厚度減小，其液膜厚度減小的趨勢(shì)逐漸減緩。
　　(2)管內(nèi)外雙相變耦合傳熱特性的數(shù)值模擬研

3、究。本文提出了局部微元體切割的思想，用離散氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)描述管內(nèi)連續(xù)變化過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，建立了水平管降膜蒸發(fā)雙相變耦合傳熱的三維物理模型。獲得了不同噴淋密度下液膜厚度、液膜速度、管壁面溫度和傳熱系數(shù)沿水平管環(huán)向和軸向上的分布規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明:①液體沿水平管流動(dòng)時(shí)，在水平管底部有明顯的干斑的區(qū)域沒(méi)有液膜覆蓋，且噴淋密度越大產(chǎn)生的干斑區(qū)域越大。②液膜流動(dòng)速度隨著環(huán)向角度的增加先增大再緩慢減小。沿著液膜厚度方向上，液膜速度逐漸增大。③管壁面

4、溫度在環(huán)向方向上隨著環(huán)向角度的增加而升高。在水平管軸向方向上壁面溫度在管內(nèi)蒸汽入口段時(shí)較小，隨著管內(nèi)冷凝的進(jìn)行，管壁面溫度增加且趨于穩(wěn)定。④沿水平管環(huán)向方向上，管外傳熱系數(shù)的分布呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。⑤沿水平管軸向方向上，總傳熱系數(shù)變化趨勢(shì)取決于管內(nèi)傳熱系數(shù)，管內(nèi)傳熱系數(shù)隨著水蒸氣的冷凝逐漸提高，且與管外液體的噴淋密度無(wú)關(guān)。
　　(3)在多排水平管的管束中，液膜速度和液膜溫度是隨著管排數(shù)的增加而增加。液膜厚度、管壁熱流通量及管外傳熱系數(shù)