汽-气凝结液膜分布及换热特性的研究

基于双膜理论和边界层理论建立了水平管外汽-气层流凝结液膜厚度的数学模型.以水蒸汽-空气为例进行了计算,通过与相关文献进行比较验证,能反映汽-气凝结的换热特性.计算结果表明,沿管壁向下,液膜厚度逐渐增大,总传热系数逐渐减小,变化梯度均逐渐增大;若气膜分离,液膜厚度突增,换热系数有所增大,凝结换热强化.总传热系数随壁面过冷度减小而增大,随水蒸汽浓度减小而减小,随主流流速增大而增大.     

水平滴型管外凝结液膜分布及换热特性研究

采用特殊管型是最为常见的、有效的强化膜状凝结换热手段。为了研究特殊管型对纯蒸汽膜状凝结换热及强化过程,建立了滴型管物理模型和凝结液膜厚度分布数学模型;通过边界层方程组及无量纲化得到了计算液膜厚度分布及换热系数的表达式。计算结果表明:椭圆度e及Bo数对液膜脱离壁面的临界角φc的作用相反,即当椭圆度e一定时,临界角φc随着Bo数的增大而增大,当Bo数一定时,临界角φc随着椭圆度e的增大而减小;在有效换热面积相等的情况下,滴型管比圆管具有较好的排液性能,能有效地减薄液膜厚度,强化了换热性能;其强化换热效果主要受椭圆度e及Bo数的影响。因此,在设计滴型管时,应该根据Bo数的具体数值确定最佳的椭圆度e。该文结论对优化管型以实现强化换热有一定的参考意义。     

表面张力对膜状凝结换影响研究

对圆管内膜状凝结换热过程进行了理论分析,探讨了重力、表面张力梯度引起的Marangoni力以及气液界面剪切力对凝结换热Nusselt数的影响.建立了含有凝结液膜的物理模型和基于边界层方程组的数学模型,应用相似理论进行了无量纲变换.结果表明,表面张力梯度对凝结换热过程的影响不可忽略,梯度越大,液膜越薄,Nu数越大,换热越好.     

水平翅片管外凝结液膜分布及换热特性影响研究

肋片管换热技术被广泛应用于工程实践,当有凝结现象发生时,液膜对换热产生热阻,因此,为强化换热有必要对液膜分布进行研究。建立了水平翅片管的物理模型,基于Nusselt理论及修正的膜理论,推导出了肋片侧壁以及肋间基管的凝结液膜厚度和换热系数计算式,并对模型进行了验证。通过对水平梯形肋片管的计算,结果表明:在非淹没区,肋片侧壁的凝结液厚度沿圆周方向不断增厚,沿肋高方向变薄,局部凝结换热系数沿圆周向减小,沿肋高方向增加;基管上圆周角0°~φf范围内液膜不断增厚,并在靠近淹没区急剧增厚,局部凝结换热系数减小;肋片间距的大小对换热性能有较大的影响,因此,通过优化最佳肋片间距可以提高肋片管的换热性能,为设计出高效换热器提供一定的参考。     

竖直管内纯蒸汽凝结换热液膜分布及换热特性

管内蒸汽凝结换热过程中,凝结形成的液膜是影响换热效果的主要因素。针对竖直圆管内的蒸汽凝结,基于边界层理论,考虑蒸汽流动引起的剪切力,建立了液膜的物理及数学模型,对于竖直管内纯蒸汽凝结换热液膜分布规律及换热特性进行了研究。通过给定初始条件进行了计算,结果表明,液膜沿管壁向下流动过程中其厚度逐渐增加,换热性能逐渐降低。同时分析了入口蒸汽流量、入口蒸汽温度、管壁温度及管径等主要参数对换热性能的影响,且计算结果与实验相符,并优于Nusselt模型。为强化凝结换热过程的研究提供了理论基础。     

降膜随气体同时穿越液池过程数值模拟研究

对洗涤冷却室内降膜随气体同时穿越液池过程进行冷态数值模拟研究,考虑降膜流速和降膜厚度对降膜随气体同时穿越过程气液相分布规律的影响。研究结果表明,液面以上空间气含率随降膜流速和降膜厚度的增大而降低,而在液面以下区域气含率随降膜流速和降膜厚度的增大呈无规律波动,但波动幅度减小;随着降膜流速和降膜厚度的增大,气泡平均曲率增大,气液接触面积增大。     

高黏流体竖直管外降膜流动的三维数值模拟

基于计算流体力学(CFD)技术,采用流体体积法(VOF)追踪气液两相界面的位置变化,对高黏流体竖直管外竖直降膜流动进行了三维数值模拟研究,考察了高黏流体在光滑直管和波形管管外降膜的自由面变化、膜厚和速度分布等流体动力学行为。结果表明:高黏流体在直管和波管管外做降膜流动的成膜厚度均随黏度的增大而增大,膜面速度则有所减小,相同黏度的流体其膜厚和膜面速度均随流量的增加而显著增大。高黏流体在光滑直管外降膜流动一段距离后,其膜面速度和膜厚趋于稳定,而对于波形管外的降膜流动,其膜面速度和液膜厚度均随波节做周期性变化,且在波峰附近时液膜最薄,但膜面速度最大,在波谷附近液膜最厚,但膜面速度最小。     

振动流化床浸没水平管局部传热特性的研究

对振动流化床水平换热管的局部传热系数进行了实验研究,结果表明,水平换热管局部传热系数受流化气速、振动频率及振幅的影响。通气与不通气两种情况下,振动对局部传热系数的影响表现出不同的规律。振动流化床水平换热管的传热系数随颗粒粒径的增大而减小。     

降膜蒸发器传热传质与流动过程数值模拟

随着计算机技术的发展,计算流体力学成为深入研究流动传热传质过程的重要方法。文章基于流体动力学基本原理和VOF多相流模型,建立了水平管外降膜流动与相变传热传质过程数学模型,针对降膜蒸发复杂的相变过程,通过用户自定义函数UDF,将编制的计算程序嵌入FLUENT软件相应模块,对降膜蒸发过程进行了模拟研究,阐明了管外液膜、速度、温度分布及其局部传热传质特性沿圆周方向的变化规律。结果表明:在X=0.5~0.8时,液膜厚度较薄,有利于过程传热,圆管底部与顶部局部传热系数较大,并在管顶部出现传热系数最大值;相界面过余温度沿周向距离的增大而增加,圆管下方具有最大的相界面换热温差和最高的蒸发速率;此数值模拟方法和传热传质模型可以较为合理地进行水平管外降膜蒸发过程的理论分析。     

地铁站板式蒸发冷却器叉流条件下传热传质特性

在气液叉流条件下,采用非接触式红外热成像测温方法,就不同气相雷诺数和液膜雷诺数对地铁站板式蒸发冷却器液膜传热传质特性影响进行了实验研究,结果表明：对于确定的被冷却水温,在液膜雷诺数增加的过程中,液膜厚度逐渐增加,进出口温差逐渐减小,削弱液膜换热,但雷诺数上升使得液膜湍动强度增强,强化了液膜换热,在这2个因素的协同作用下,存在最佳液膜流动雷诺数,使得液膜的换热热阻最小,传质最强,换热系数最大。     

水平管外蒸汽轴向流动凝结换热数值解析的新解

用一种新算法对饱和蒸汽沿水平管外轴向流动凝结换热进行了求解。得到了液膜厚度与轴向坐标（ｚ）和周向坐标（）的数值关系。结果表明,用这种算法比原算法得到的结果更准确,为工程实际应用提供了更为准确的理论指导。     

螺旋管内幂律流体流动换热数值模拟

研究幂律流体在螺旋管内的流动换热特性可为石油开采工程中驱油剂的应用提供理论支持。文章通过建立流体流动换热模型,分析了幂律流体在螺旋管内的流动换热特性。结果表明:螺旋管沿程阻力系数和努塞尔数均随曲率值增加而增大。层流工况下,随着雷诺数的增大,沿程阻力系数减小,努塞尔数增大;湍流工况下,在雷诺数一定时,沿程阻力系数和努塞尔数均随曲率值和相对粗糙度的增大而增大,且粗糙度越大,曲率对沿程阻力的影响也越大,而当粗糙度一定时,曲率值越大,雷诺数对沿程阻力系数的影响越明显。     

采用非线性估算法对铸造界面传热系数的研究

以试验中测得的铸件和铸型接触界面上的不同位置的温度为前提,利用有限元分析软件ANSYS模拟了铸造凝固过程的温度场,分析了在考虑热阻和不考虑热阻的情况下,计算结果对数值模拟准确性的影响;采用Beck非线性估算法求解了铸件和铸型间的界面传热系数,发现了金属铸造界面传热系数随时间的变化规律,以及铸型厚度对界面传热系数的影响.     

蒸汽直接接触间歇凝结界面行为及压力振荡研究进展

间歇凝结由于具有过冷水周期性进入蒸汽管并排出的特点而不同于蒸汽直接接触凝结的其他流型,该过程伴随汽液界面瞬时热质传递和强湍流。文中主要从典型周期内凝结汽液界面演变过程、压力振荡以及热量传递三个方面进行回顾和评述,就间歇凝结的时空演变而言,可大致分为5个典型阶段,即汽泡增长、汽泡破裂、过冷水被吸入蒸汽管、管内凝结以及蒸汽再次喷出。在压力振荡方面,间歇凝结压力瞬变从负峰值开始后进行正弦波动,并具有低频高振幅的特性。目前,关于汽液界面瞬时传热方面的研究仍有较大提升空间,与之相关的界面传热系数大多通过简化模型获得。此外,在展望部分还对微通道条件下间歇凝结在电器元件高效散热领域的最新应用进行了简要评述。     

钛波槽管水平管外凝结换热的实验研究

在常压条件下,对水平钛波槽管管外凝结换热及流阻特性进行了实验研究.在实验参数范围内,5号波槽管的总传热系数为光管的1.54～1.64倍,而管内水阻约为光管的3.39～4.42倍.通过对实验数据的回归分析,得到了管内对流换热、管外凝结换热及阻力系数的实验关联式.在管径及壁厚一定的条件下,波槽管的节距和槽深有一个最佳组合.根据实验结果,推荐最佳结构参数为(ψ)=0.001 35～0.003 606.结果表明,钛波槽管是实现船用冷凝器小型化较为理想的强化管管型.     

水平管降膜蒸发器管束结构优化数值模拟

摘要本文采用数值模拟方法,通过观察不同条件下液膜流动状态以及计算相应状况下的液膜厚度,研究水平管降膜蒸发器管外液体流动的影响因素并对管束结构进行优化.计算结果表明:旋转三角形管束布置有利于在传热管上形成稳定的液膜,而三角形管束布置有利于传热管上液体的混合;管间距和液体的初始流速对降膜蒸发器管外液体流动有重要影响,随着管间距的增大以及液体初始流速的减小,管束中呈现柱状流的管排范围减小.     

直接空冷凝汽器扁平管含不凝结气体的凝结换热

为深入了解直接空冷火电机组凝汽器的冬季运行特性,针对含有不凝结气体的扁平管内蒸汽顺流凝结传热过程,考虑了汽液两相流动的相界面剪切应力、相界面表面张力,以及相界面的扩散传质,建立了物理数学模型。改变扁平管出口不凝结气体的浓度、改变冷却能力,通过对数学模型的数值求解,得到冬季运行不同工况条件下,凝结温度和液膜厚度的空间分布。研究结果表明:在凝结过程的末端,出口不凝结气体含量对蒸汽冷凝温度的降低有显著的影响;可将出口不凝结气体含量作为直接空冷凝汽器提高防冻能力的重要控制变量。研究结果为直接空冷火电机组凝汽器防冻问题的解决提供了理论参考。     

湿空气掠过竖直壁面的凝结换热研究

为讨论湿空气凝结速率各种计算公式和忽略凝结液膜对换热的影响,通过对湿空气的凝结特点分析,采用数值计算方法研究了湿空气掠过竖直冷壁面时的热鼍和质量传递规律.探讨了温度、速度和浓度对气液相界面法向速度和湿空气凝结质量传递速率的影响,得出了湿空气凝结计算公式的实用条件.发现冷壁面温度是影响对流传质的决定性因素,当壁面温度大于...     

声空化污水换热器的防除垢与强化换热实验

为解决污水源热泵系统中污水换热器结垢导致的热阻增大、传热效果恶化问题,将声空化技术引入污水换热器中.搭建声空化污水换热器的防除垢与强化换热动态实验台,研究防除垢与强化换热的数学模型,对不同影响参数下污水换热器换热管的污垢增长特性和防除垢规律以及强化换热效果开展实验研究.结果表明:换热管结垢量、结垢率、积垢速率及污垢厚度均随污水流速的降低而增大,最大结垢量为106 g,结垢厚度0.54 mm,积垢速率为12.6 kg/(m~2獉h);除垢率随流速及声空化作用时间的增大而增大,但非一直增大,最大除垢率达85.7%;污水黏度对各项指标影响巨大且流速越小影响越大;换热管的传热系数及其提高百分比均随声空化作用时间、污水温度以及污垢含水率的增加而增大,最大提高百分比达53.4%.故声空化污水换热器防除垢与强化换热具有一定的可行性和高效性,对节能减排具有重要意义.     

内置偏心螺旋扭带换热管层流传热的数值模拟

利用数值模拟方法对本文提出的内置偏心螺旋扭带换热管模型的层流传热特性进行计算与分析.研究结果表明:在一定的结构参数范围内,换热管的对流传热系数随着扭带偏心率的增加而增大,且雷诺数越大增幅越显著;在层流状态下,增大扭带偏心率能降低流体流动阻力系数,特别是在较低雷诺数下,阻力系数降低的程度更为明显;在雷诺数及扭带偏心率一定的情况下,换热管的对流传热系数随扭带扭率的减小而增大,但阻力系数也相应增大;换热性能评价指标在层流状态下均大于1,且随着偏心率及雷诺数的增加而变大,但当Re1 500后评价指标产生小幅波动,表明流体逐步由层流状态过渡到湍流状态.