外波纹管管外降膜流动过程液膜厚度及速度分布特性

针对外波纹管管外降膜流动过程,采用实验结合数值模拟的方法,考察了液体喷淋密度、管间距和管径变化对液膜厚度周向分布的影响,并与光滑管进行了比较,同时分析了外波纹管管外液膜速度分布特性。结果表明:光滑管外液膜厚度由上至下沿周向呈先减小、后增加的趋势,在90°～120°之间液膜最薄;外波纹管去除波纹间凹槽内的液体后,波纹外的液膜厚度数值及其周向分布规律与相同直径的光滑管相似,周向平均液膜厚度随着液体喷淋密度的增加、管间距及管径的减小而增大;液膜沿周向分布的均匀程度及流动速度大小均与液膜厚度有关,波纹外液膜沿周向分布的不均匀性随着液膜厚度的增加而增加,气液界面处的液体速度沿周向分布规律与液膜厚度分布规律相反;相邻两波峰间凹槽内的液体存在局部循环流动。     

降膜流动及膜破裂特性的三维数值模拟

对平板降膜流动进行三维数值模拟,采用VOF模型追踪气液两相界面的变化,揭示了降膜流动的三维特性,小流量下液膜比较平滑,靠近边壁处厚度和速度达到极小值,液膜最易破裂;流量增大,液膜波动幅度变大,三维特性增强。考虑气液之间的相互作用,加入气液剪切力源项,气液同向时,液膜的厚度变薄,流速变大;逆向气流作用时,液膜受到气流拉扯,表面流速减小。通过大量数值实验拟合出液膜厚度的关联式并与众多学者的结果做了比较,验证了数值模拟的可行性。     

水平管降膜蒸发器管外液膜的数值模拟

对水平管降膜蒸发器管外液体的成膜情况进行了数值模拟,分析了喷淋密度、管径大小、周向角度等参数对管外液膜厚度及分布的影响,并与相关实验数据进行了比较.结果表明:在喷淋密度一定时,管外液膜厚度在管顶和管底区域较大,在周向120°附近最小;管壁表面的液膜厚度随着喷淋密度的减小而减小,当喷淋密度减小到一定程度时,管壁表面出现了局部"干斑"现象;在喷淋密度一定时,管壁液膜厚度随管径的增大而减小.     

锥形分布器下竖直圆管降膜的数值模拟

通过建立竖直圆管内降膜蒸发的物理模型,对锥形分布器管内的气液两相逆流的换热特性进行二维CFD数值模拟,采用VOF方法捕捉两相流的流动界面,分析了管壁上液膜的膜态、膜厚、速度和温度分布。结果表明:液膜的膜态和温度分布与喷淋量紧密相关,随着喷淋量的增大液膜的稳定性逐渐增加,在喷淋量为1.48 kg/(m·s)时液膜的稳定性最好,液膜表面温度逐渐降低;液膜的降膜膜态分布分为上端的稳定段和下端的震荡段;2 000Re10 000时,管壁的平均传热系数呈现逐渐增大的趋势;膜厚的模拟值与Nussult和Brauer的理论计算值吻合较好。     

水平管外降膜厚度分布规律的数值模拟研究

液膜厚度分布规律对水平管降膜蒸发过程有重要的影响。本研究建立了水平管外降膜流动的CFD模型,通过模拟不同入口流速、管径大小的液膜厚度来研究冷态情况下管外液膜厚度的影响因素及其沿环向角的分布规律。模拟结果表明:对于固定管径,液膜厚度随着入口速度的增大而增大;在入口速度一定时,管外液膜厚度在管顶区域较大,在周向105°附近达到最小值;且液膜厚度随着管径的增大而缓慢减小,当入口速度减小到一定程度时,管壁会出现"干涸"现象。     

喷淋脱硫塔喷嘴外流动数值模拟与实验研究

建立了一个喷淋脱硫塔喷嘴数值模型,研究了影响喷淋脱硫塔内气液传质的喷淋液流量与液膜平均破裂长度、喷嘴初始喷射角、液滴平均粒径的关系。设计了专门的测试平台和单匝螺旋喷嘴,采用快速CCD和数码照相机拍照对液膜和液滴运动进行了测试和分析。模型计算和实验结果均表明:液膜平均破裂长度随喷淋液流量加大而减小;液滴平均粒径减小随喷淋液流量加大而减小;在喷嘴出口缝隙高度等于4.25 mm时,随流量的增大,喷嘴的喷射角随流量的增大反而变小,大于4.25 mm后,在同一喷嘴缝隙高度下,喷射角随喷嘴流量的增加而增加。     

非能动安全壳竖直平板降膜流动特性数值模拟

核电安全日益受到关注,非能动系统作为第三代核电系统具有很高的安全性。采用FLUENT流体体积分数(volume of fraction,VOF)模型和k-ε湍流模型对非能动安全壳冷却系统(passive containment cooling system,PCCS)三维平板降膜流动进行数值模拟。结果表明:1)在降膜过程中有波动现象,最终波动趋于平缓;2)水与空气逆流流动过程中发生轻微的液滴夹带;3)降膜流动受重力、表面张力与壁面黏滞力共同作用,液膜厚度沿横向分布均匀,沿高度方向平均液膜厚度越来越小,并且受进口水流速度与入口宽度影响,水流量一定时增加进口水流速度与入口宽度,平均液膜厚度增大,空气入口流速对水膜厚度影响相对较小。     

环形布膜器垂直管内R113降膜蒸发换热特性数值研究

通过建立垂直管内降膜蒸发物理数学模型,对环形插头型布膜器管内R113的气液两相逆流降膜蒸发换热特性进行二维非稳态数值研究,分析了管内液膜流动分布以及壁面温度和液膜表面温度分布,对比了加热前后液膜厚度的变化.结果表明:随着降膜蒸发过程的进行,液膜下端开始出现液滴飞溅,且不断向上端发展;R113在管内降膜蒸发过程中壁面温度和液膜表面温度沿流动方向逐渐升高,气相温度变化趋势则相反;从壁面到管中心,温度沿径向逐步降低,在近壁面1mm前后其分布趋势相反;加热后液膜厚度明显减小,且下游液膜厚度变得相对均匀.     

基于有限元方法的溴化锂降膜吸收传热传质的数值研究

吸收器是吸收式制冷系统的重要部件。溴化锂溶液的降膜吸收是吸收器中最常见的传质传热形式之一。通过对溴化锂溶液在降膜吸收过程中传质和传热特性的分析,使用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件,建立了溴化锂溶液和水蒸汽降膜吸收的物理数学模型,计算了液膜内部温度和质量分数的分布、界面处传质通量、界面处传热通量、传质传热速率和液相传质传热系数。根据计算结果分析了喷淋密度对平均传质通量、平均传热通量和平均传质传热系数的影响。结果表明:平均传质系数和平均传热系数均随着喷淋密度的增大而增大;平均传质通量和平均传热通量均随喷淋密度的增大而先增后减。     

功能表面降膜蒸发传热特性的实验研究

研究了处理表面镀铬铝管、PTFE铜管和纯铝氧化管水平管降膜蒸发传热，研究了喷淋密度、热流密度、管内蒸汽速度和管表面处理对降膜蒸发传热特性的影响。实验结果表明：在表面蒸发区，水平管降膜蒸发传热系数随热流密度的增加而提高，随喷淋密度增大先降低后升高，冷凝例传热系数基本保持不变。总传热系数对操作条件变化很不明显，表面阳极氧化膜使传热系数略有下降，但由于其优良的抗垢时蚀性能，非常有必要再进行深入地研究。     

单液滴撞击球面液膜水花形成特征分析

应用VOF(volume of fluid)方法对液滴撞击球面液膜的飞溅过程进行数值模拟,由计算结果分析了不同液滴撞击速度和液膜厚度对撞击产生的水花形态、高度和直径的影响。结果表明:随着液滴撞击速度和液膜厚度的增加,水花高度增大;随着液滴撞击速度增加,水花直径增大,但当液膜厚度增加时,水花直径减小。     

管束排列方式及管间距对水平管外液体成膜情况的影响分析

针对水平管降膜蒸发器管外液体的成膜情况,采用数值模拟方法,分析了管束排列方式及管间距等结构参数对水平管外液体成膜情况的影响.结果表明:管束布置方式、管间距对顶排管的影响不大,对于顶排管以下的管排来说,叉排方式时的液膜厚度要明显小于顺排方式的液膜厚度;随着管间距的增大,第二根管壁上的液膜厚度逐渐减小.     

低温地热双循环式发电系统横管喷淋降膜蒸发器传热性能实验研究

以R245fa为工质,搭建有机朗肯循环（ORC）发电系统横管喷淋降膜蒸发器传热测试平台,研究有机工质喷淋密度,地热水初温及流率等因素对管外换热系数的影响。实验结果表明：随着有机工质喷淋密度、地热水初温、地热水流率的增大,传热系数均先增大后减小。最后,根据实验结果,对现有横管喷淋降膜蒸发器的管外传热系数经验公式的参数进行修正。     

水平强化管管外R407C降膜蒸发换热特性实验研究

搭建降膜蒸发实验台,对水平布置的强化管单管外的降膜蒸发换热特性进行了实验研究。实验强化管外径为19 mm,有效长度为2 500 mm。实验采用一种新型布液器,布液采用滴淋方式,以R407C为管外降膜蒸发工质,与管内热水进行热交换,分别在变蒸发管管内流速(1、1.5、2、2.5、3m/s)、变喷淋量(0.08~0.16 kg/(m·s))、变蒸发温度(2.5~16℃)和变热流密度(15~40 k W/m~2)的情况下进行实验,得到了R407C在管外降膜蒸发时的特性:随着热流密度的增加,传热系数不断增大;随着喷淋量的增加,传热系数先增大后减小,降膜蒸发存在一个最佳喷淋量;随着蒸发温度的升高,传热系数不断增大。同时分析了强化传热的原理。     

水平管外降膜蒸发传热特性的数值模拟

为深入研究液膜内的微观传热机理,对水平管外降膜蒸发的传热特性进行了数值模拟,获得了液膜厚度、液膜流动速度和传热系数等热力参数在液膜内的分布特性。通过与实验数据的对比验证了数学模型的准确性。研究结果表明:在饱和蒸发温度62℃、传热温差2.8℃、管外径25.4mm和液膜入口速度0.071~0.15 m/s条件下,沿圆周方向,液膜厚度减小,传热系数增加,直至达到液膜热力发展区,膜厚和传热系数趋于稳定;受液膜内温度变化的影响,液膜内的粘度、表面张力和导热系数的变化对液膜传热特性产生显著影响。     

制冷系统水平管降膜蒸发器换热性能的影响因素分析

在理论上对制冷系统中降膜蒸发器进行基本分析,介绍降膜蒸发器的发展背景、发展进程以及工作原理和结构,分析降膜蒸发器的蒸发管上方制冷剂分布器的分配效果和结构、液膜流动特性、制冷剂流量、蒸发器内部的管阵布置方式、蒸发管的表面特性、管束规格和几何排列、气流扰动情况和润滑油等影响因素对降膜蒸发器传热性能的影响,比较降膜蒸发器与其他蒸发器的特点,介绍降膜蒸发的某些技术难题。     

水平螺旋槽管壁面液膜传热特性的研究--流体性质对液膜厚度的影响

考虑到薄膜表面张力和重力的影响,利用流体力学的基本方程建立了小流量液体在水平螺旋槽管外管壁形成壁面液膜的流动和强化传热的拟线性模型,得到了液膜厚度的解析表达式,进而分析了流体性质对壁面液膜厚度的影响。结果表明：对于同一种喷淋液体水,随着温度的升高,液膜厚度受表面张力和槽道表面曲率的影响逐渐减弱,液膜厚度趋向于均匀一致,具有更好的传热传质性能;用水作喷淋液体和煤油、原油相比较,有其特殊的优点,所以工业上常用水作为喷淋式换热器的喷淋液。     

水平管降膜蒸发器中液膜厚度周向分布研究

采用VOF模型对水平管表面液膜厚度分布进行数值研究,并将结果与实验数据进行比较,二者吻合较好。结果表明:液膜沿水平管周向的流动可分为瞬态过程及之后的稳态过程,瞬态过程包括液体自由下降、冲击管壁、液膜发展、充分发展以及脱离管壁5个阶段。稳态过程中,液膜厚度沿圆管周向分布为先减小,再增大。水平管上、下半部液膜厚度分布不对称,顶部和底部存在两个切向速度滞点,下部滞点处可能会出现无液区。随着液膜雷诺数的增大,液膜厚增大,下部无液区范围也增大。较大的管径会导致液膜在同一角位置处流速增加,液膜厚度减小。     

水平螺旋槽管降膜流动和传热特性研究

对水平螺旋槽管壁面降膜形成及传热特性进行了理论和实验研究,得到了液膜厚度及速度的解析及数值解.结果表明,降膜液膜特性主要受槽道结构和液膜表面张力控制.管壁温度沿周向向下逐渐升高,而且在定热流密度下保持不变,而液膜温度则沿周向逐渐上升.相比光管,螺旋槽管降膜具有更高的传热系数.     

水平管外降膜蒸发传热实验研究

以水为工质,对直径为19 mm的铝黄铜管外降膜蒸发传热过程进行实验研究。实验通过测量管表面和饱和蒸气温度,计算得到平均和局部传热系数。由实验数据分析喷淋密度、蒸发温度、热流密度、管间距等参数对管外平均传热系数的影响,并与直径25.4 mm铝黄铜管降膜蒸发传热系数进行比较,讨论局部传热系数随周向角度的变化。结果表明,在实验范围内,管外平均传热系数随温度的升高而增大,随喷淋密度的增大先增大,后略微下降。小管径管的降膜蒸发传热系数大于大管径管的传热系数。