水平管束降膜動力學(xué)與界面吸收性能實驗研究.pdf

1、為提高一次能源利用率PER，溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中的熱力部件廣泛采用真空條件下以水平管束作為承載結(jié)構(gòu)的降膜式熱力裝置。長期以來，由于水平管束外表面降膜流動與傳熱傳質(zhì)基礎(chǔ)理論體系的缺失，吸收式制冷機的傳熱計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計還處于非常粗放的模式之中，提高熱力部件性能的研究無從下手。本文在綜合分析現(xiàn)有理論研究進展的基礎(chǔ)上，搭建了“水平管束降膜流動模態(tài)轉(zhuǎn)變實驗裝置”、“水平管束液滴形成數(shù)字圖像高速采集實驗裝置”以及“水平管束界面?zhèn)鬟f性能實驗裝置”，

2、開展了對水平管束降膜流動與傳熱傳質(zhì)過程微觀發(fā)展機理的初步研究。 首次提出了“水平管束降膜動力學(xué)”的概念，引入了“界面?zhèn)鬟f過程”的概念。從吸收式制冷中降膜吸收、降膜蒸發(fā)、降膜冷凝、降膜發(fā)生四大熱力過程共有的動力學(xué)特征出發(fā)，研究絕熱條件下流體在水平管束外表面的降膜流動模態(tài)辨識以及模態(tài)轉(zhuǎn)變的微觀發(fā)展機理；引入“界面現(xiàn)象”的概念，把四大熱力學(xué)過程中共有的“自由界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)過程”統(tǒng)一在“界面?zhèn)鬟f過程”的概念之中，通過界面現(xiàn)象與水平管束降膜

3、動力學(xué)之間的有機結(jié)合，形成了“水平管束降膜式熱力裝置基礎(chǔ)理論體系”的基本架構(gòu)。 首次提出單元流體（UF）的概念，實現(xiàn)了從研究宏觀統(tǒng)計現(xiàn)象到微觀發(fā)展機理的轉(zhuǎn)變；首次給出了水平管束單元流體模態(tài)轉(zhuǎn)變（UF-MTM： Unit Fluid-Mode Transition Mechinism）圖譜，解釋了水平管束降膜流動模態(tài)從滴狀向簾狀轉(zhuǎn)變過程中的驅(qū)動力及微觀發(fā)展機理：認為連續(xù)液頸促使了滴狀向滴柱狀的轉(zhuǎn)變、表面波谷到表面波峰的形成促使了順

4、排柱狀流向叉排柱狀流的轉(zhuǎn)變、管底懸垂液的存在是相鄰單元液柱吸合的前提與源動力、液牙生成和流形分叉現(xiàn)象是單元液柱相互吸合中的必然現(xiàn)象、融合形變促使了柱狀向簾狀的轉(zhuǎn)變。 借助高速攝像機研究了水平管束滴狀模態(tài)的微觀發(fā)展機理，發(fā)現(xiàn)了液滴生成、長大、拉伸、液頸底部與主液滴破裂、馬鞍形表面鋪展、液頸自相似收縮、尖銳液頸頂部破裂、衛(wèi)星液滴生成等一系列極為復(fù)雜的拓撲結(jié)構(gòu)；首次提出了RSB（Ratio of tube Spacing to tot

5、al Breaking length）的重要概念，用于描述管間距與總的破裂長度的比值對液滴形成拓撲結(jié)構(gòu)的影響；首次提出了水平管束液滴形成過程的九個拓撲轉(zhuǎn)變關(guān)鍵相，分析了不同RSB之間液滴形成拓撲轉(zhuǎn)變的差異。 基于圖像信息處理技術(shù)，通過像素坐標系到笛卡爾坐標系的轉(zhuǎn)換、Canny邊緣檢測、三次樣條光滑曲線擬合和自適應(yīng)Simpson積分，對水平管束滴狀和柱狀模態(tài)的微觀機理進行數(shù)字化描述，分析了單元液滴表面積與體積隨時間的變化規(guī)律。

6、 通過宏觀尺度到微觀尺度液滴形成過程的拓撲相似，把水平管束滴狀模態(tài)納入到了液滴形成非線性動力學(xué)領(lǐng)域，通過量綱理論與相似分析，得到了復(fù)雜流體近破裂點處最小液頸的拓撲相似表達式。 基于混合水平多因子實驗設(shè)計和多元因子響應(yīng)面RSM方法，得到了界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與界面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)的回歸方程，搭建了基于Matlab的水平管束降膜式熱力裝置可視化研究平臺。 通過本課題的研究，對水平管束降膜動力學(xué)特征進行了初步的探討，為進一步研究降膜式熱力