含功能涂層分割壁面降液膜流動(dòng)過程的數(shù)值模擬

1、碩士學(xué)位論文含功能涂層分割壁面降液膜流動(dòng)過程的數(shù)值模擬N u m e r i c a ls i m u l a t i o n o f t h e f a l l i n gf i q u i df i l m f l o w i n gp r o g r e s so ns p l i tw a l lw i t hf u n c t i o n a lc o a t學(xué)科、 專業(yè)：學(xué) 號(hào)：化學(xué)工程2 1 2 0 7 1 7 8完成日期

2、：—2 0 —1 5 - —0 6 - —0 7大連理工大學(xué)D a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要霧霾的肆虐將節(jié)能減排提上了全新的高度。能夠回收工業(yè)余熱，提高能源利用率的熱泵技術(shù)正逐步走進(jìn)人們的視野。吸收器是熱泵的核心設(shè)備，對(duì)于提高熱泵的轉(zhuǎn)化效率起到了決定性作用。豎管吸收器由于占地面積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用前景廣泛。研究豎管吸收器內(nèi)的降液

3、膜流動(dòng)機(jī)理，以提高熱泵性能，成為當(dāng)前的熱點(diǎn)話題。本文希望通過數(shù)值模擬軟件，在降液膜流動(dòng)壁面上添加疏水涂層構(gòu)型，從而構(gòu)成功能涂層分割壁面，研究親疏水組合壁面對(duì)降液膜流動(dòng)過程的影響。建立含功能涂層的二維豎直壁面降液膜流動(dòng)模型，利用V O F 方法對(duì)最小噴淋密度定義式進(jìn)行了驗(yàn)證。以最小噴淋密度為界，分別模擬了噴淋密度小于最小噴淋密度和噴淋密度大于最小噴淋密度時(shí)有無涂層的降液膜流動(dòng)行為：對(duì)于噴淋密度小于最小噴淋密度的情況，壁面上會(huì)出現(xiàn)干斑，流至

4、涂層區(qū)域的降液膜會(huì)發(fā)生積聚現(xiàn)象，在降液膜內(nèi)部出現(xiàn)渦流，對(duì)于傳熱傳質(zhì)過程有利；實(shí)際的工業(yè)操作大都是噴淋密度大于最小噴淋密度的情況，降液膜會(huì)將壁面完全覆蓋，降液膜內(nèi)部并無渦流產(chǎn)生。通過分析流動(dòng)穩(wěn)定后有無涂層時(shí)降液膜的波動(dòng)形態(tài)，結(jié)合湍動(dòng)強(qiáng)度的概念引入變異系數(shù)，利用統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)降液膜內(nèi)部的擾動(dòng)情況進(jìn)行分析比較。由于二維模型簡(jiǎn)化了液相入口寬度方向，使得該方向上的波動(dòng)情況無法判斷，因此結(jié)合已有文獻(xiàn)建立了含功能涂層三維豎直壁面降液膜流動(dòng)模型。通過

5、模擬計(jì)算，其與二維模型的結(jié)論吻合良好，同時(shí)也分析比較了降液膜流動(dòng)穩(wěn)定后有無涂層時(shí)沿液相入口寬度方向上的擾動(dòng)情況。給定特定的噴淋密度，在流動(dòng)穩(wěn)定后，有涂層時(shí)壁面特定位置處垂直于流動(dòng)方向上的速度分量較無涂層時(shí)大，并且二維和三維模擬得到的垂直于流動(dòng)方向上速度分量的變異系數(shù)也是有涂層時(shí)大，這都表明涂層區(qū)域的存在能增強(qiáng)降液膜內(nèi)部的擾動(dòng)效果。對(duì)于二維模型，分別設(shè)置涂層的接觸角為7 0 。( 無涂層) 、1 0 0 。、1 2 0 。、1 5 0 。

6、，涂層區(qū)域的長度為O m m ( 無涂層) 、5 m m 、l O m m 、1 5 m m ，也得到了相同的結(jié)論。但也發(fā)現(xiàn)并不是涂層的接觸角越大越好，也不是涂層區(qū)域的長度越長越好。對(duì)于特定的模型，尋求一個(gè)最優(yōu)的涂層接觸角和涂層區(qū)域長度仍有待進(jìn)一步的研究。模型的建立都經(jīng)過了N u s s e l t 理論的驗(yàn)證，得到的結(jié)論與已有的高溫豎直管外降液膜吸收器得到的結(jié)論吻合，也說明了本文模擬的正確可靠。關(guān)鍵詞：C F D ；功能涂層：降液膜流