水平管内凝结液液位角

建立了长水平管真空条件下蒸汽凝结实验台,观测了蒸汽在水平管内凝结过程的入口质量流率、凝结液含量和饱和温度对凝结液液位角变化的影响,归纳了液位角计算关系式。研究发现,较低蒸汽流量下,液位角随凝结液含量的增加呈波动增加;较高蒸汽流量下,受气流影响,液位角减小,液位角边缘模糊;在同样蒸汽流率条件下,饱和温度升高即压力升高,液位角会有所增加。给出的液位角关系式可用于计算水平管内凝结液液位和液位角。     

低质量流率蒸汽真空水平管内凝结传热特性的实验研究

对换热长度为3.4 m、内径为38 mm的真空水平管内的蒸汽凝结流动换热特性进行了实验研究。分析了蒸汽质量流率小于9 kg/(m²·s),蒸汽饱和温度为50、60和70℃,换热温差为3~7℃时对凝结过程的影响。通过对分层流动冷凝换热机理分析,建立了热分区角计算模型。实验结果表明,热分区角随着质量流率的增加而增加,随着传热温差的增大而增大;饱和温度对管内凝结的局部传热系数和热分区角影响较小。通过以热分区角为分区界限,建立了局部传热系数经验关联式,在预测实验工况下,对于管顶部膜状冷凝区,预测精度在±25%以内;对于管底部冷凝液对流换热区,预测精度在+25%~-35%。     

超重力技术在合成氨脱碳吸收剂再生工艺中的应用研究

在超蕈力反应器内进行了脱碳吸收剂再生实验,吸收剂富液中的KHCO3在蒸汽作用下,分解生成K2CO3并释放出CO2.实验考察了再生温度、转子转速、吸收剂富液流量、蒸汽流量对再生效果的影响.实验结果表明:随着温度的升高、转子转速以及蒸汽流量增强,溶液中KHCO3含量先降低后变得平缓;随着吸收剂富液流量的增加,溶液中KHCO3含量随之升高.     

交界面剪切力对倾斜扁平管内蒸汽凝结影响的CFD模拟

针对倾斜扁平管内的湍流蒸汽,考虑交界面剪切力,建立蒸汽凝结的CFD模型。在一根实验样管上(长宽高尺寸:2600 mm×3 mm×50 mm,倾斜角:60°),对比管内平均凝结传热系数和蒸汽凝结率的CFD解与实验值,验证模型的有效性。计算不同蒸汽入口流速下的交界面剪切力值,发现剪切力的大小由蒸汽入口流速决定,其数值随蒸汽流动持续递减。对剪切力对蒸汽凝结影响进行CFD模拟,发现,剪切力增大管内局部凝结传热系数,减小蒸汽凝结质量;在0~0.8 m管段,剪切力明显破坏了重力对液膜的累积,削薄了液膜厚度,但从1.0 m到蒸汽出口,液膜厚度由重力控制,剪切力的影响可忽略不计;剪切力迫使液膜加速流动,其加速作用0~0.2 m管段表现突出。     

水平矩形通道内含不凝气的蒸汽凝结换热

对质量流量为38～132 kg·m^-2·s^-1的蒸汽/氮气混合气在水平矩形通道内的凝结换热过程进行了实验研究,研究了氮气含量、混合气质量流量以及冷水质量流量对蒸汽凝结换热的影响。结果表明：在蒸汽流速较高时,不凝气对蒸汽凝结换热的削弱相对较少--8%的不凝气使汽侧凝结传热系数平均下降了26.4%;蒸汽的凝结传热系数随着混合气质量流量的增加而增加、随着冷水流量的增加而下降;此外,通过研究还发现,沿着混合气流动方向,蒸汽凝结传热系数逐渐减小。     

蒸汽射流压力振荡主频研究

在稳定射流区,对饱和蒸汽在过冷水中浸没射流凝结引起的压力振荡特性进行了研究,测量得到了不同汽水参数下的压力振荡特性。通过FFT方法得到了压力振荡的主频,并分析了蒸汽质量流率和水温对压力振荡主频的影响规律,蒸汽射流凝结换热特性决定了压力振荡主频随着蒸汽质量流率和水温的增大而降低。同时,利用先前学者提出的公式并引入量纲为1的蒸汽质量流率和凝结势给出了计算主频的实验关联式,结果表明在本实验参数范围内计算值与实验值具有相同的变化趋势,且吻合的较好,误差在±8%以内。     

水平矩形通道内含不凝气的蒸汽凝结换热

对质量流量为38~132kg·m~(-2)·s~(-1)的蒸汽/氮气混合气在水平矩形通道内的凝结换热过程进行了实验研究,研究了氮气含量、混合气质量流量以及冷水质量流量对蒸汽凝结换热的影响。结果表明:在蒸汽流速较高时,不凝气对蒸汽凝结换热的削弱相对较少——8%的不凝气使汽侧凝结传热系数平均下降了26.4%;蒸汽的凝结传热系数随着混合气质量流量的增加而增加、随着冷水流量的增加而下降;此外,通过研究还发现,沿着混合气流动方向,蒸汽凝结传热系数逐渐减小。     

水平管内低压蒸汽的冷凝

对水平管内低压蒸汽冷凝现象进行了实验研究.考察了冷却水流量、温度恒定条件下热流密度、蒸汽压力、蒸汽流速对冷凝传热膜系数及总传热系数的影响关系,同时考察了总传热温差、蒸汽进出口温差及压降随热流密度变化的关系.关联出了相应的水平管内冷凝传热膜系数的计算式,计算值与实测值的偏差在±15%以内.     

水平螺旋扁管内载气汽油蒸气的凝结换热

采用实验的方法,研究了空气质量含量在2%～13%范围内,汽油蒸气在水平螺旋扁管内的凝结换热,并与同样条件下水平光管内的凝结换热进行了对比分析。实验结果表明,随着不凝气体质量含量的增加,螺旋扁管内的凝结换热减弱,在相同条件下,螺旋扁管的平均换热系数高于光管。同时,提出了水平螺旋扁管内凝结换热的实验关联式。     

水平管降膜蒸发器的传热性能

在换热面积为2.375m2的水平管降膜蒸发试验平台上,采用5052铝合金管作为换热管,以实际海水为原料,进行了低温多效海水淡化中水平管降膜蒸发器传热性能研究试验。研究了料液喷淋密度、管外蒸发温度、总传热温差、海水盐度以及管内蒸汽中不凝气含量等因素对海水淡化过程降膜蒸发器总传热系数的影响。结果表明,在试验条件范围内,总传热系数随着料液喷淋密度和管外蒸发温度的升高而增加,随着传热温差的增大而降低;冷凝侧有不凝气存在时,总传热系数下降幅度较大;海水浓度对传热系数影响较小;在控制不凝气含量的条件下,传热系数在3500W/(m2?℃)以上。试验结果为海水淡化的工程设计和生产优化提供了依据。     

水平管内纯饱和蒸汽强制对流冷凝局部换热特性

通过对水平管内饱和纯蒸汽强制对流冷凝换热的实验研究, 分析在管内两相流型为环状流-半环状与波状流时, 质量含汽率、蒸汽入口流速和压力对蒸汽冷凝换热的影响, 并得到了同时适用于这两种流型的计算局部冷凝传热系数的经验关联式。结果表明:局部冷凝传热系数在环状流-半环状流及波状流下均随质量含汽率和压力的降低而减小;在环状流-半环状流下, 随蒸汽入口流速的升高而增大, 在波状流下, 随蒸汽入口流速的增大而减小;实验拟合所得到的换热经验关联式与实验结果符合良好, 偏差在±20%以内。     

真空条件下蒸汽横掠水平降膜管束的流动阻力

建立了蒸汽横掠带有液体降膜流动的水平管束流动阻力实验台,对影响流动阻力的因素与规律进行了实验研究。实验在绝对压力为12～31 kPa的真空条件下进行,对应的水蒸气饱和温度为50～70℃,模拟了大型海水淡化装置中水平管降膜蒸发器的流动过程。实验结果显示,蒸汽掠过带有降膜流动的水平管束的压降远大于蒸汽横掠水平管束的流动阻力,流动阻力系数不仅与蒸汽流动Reynolds数有关,还与液体在水平管上降膜流动的Reynolds数有很大关联。提出了正三角形排列管束的蒸汽横掠降膜流动管束的阻力关系式。     

上置加热管筛板蒸发器流体力学及蒸发性能

对筛板上方液层内置有水平加热管束的载气蒸发器的流体力学和蒸发性能进行了实验研究,并对实验结果进行了分析。结果表明,在气速一定时,筛板单板阻力随着液体流量的增大而提高;在液体流量一定,气速较大时筛板单板阻力不随气速而变化;随着液体温度的提高,筛板单板阻力明显减小;在相同条件下,上置管束的筛板单板阻力比普通筛板单板阻力明显增大。对于常温下的空气水体系,在相同条件下,加热管束通入加热蒸汽可使出口空气的湿含量提高8. 7%—12. 6%。随着加热管束通入蒸汽流量的增加,出口空气的湿含量进一步提高。     

基于热力学第二定律的ORC蒸气发生器性能优化

为了更深入地研究低温余热驱动ORC系统的设计与优化,建立了有机朗肯循环蒸气发生器主要热力性能计算模型,基于热力学第二定律,以蒸气发生器单位换热面积工质?升作为性能优化目标函数,选取了R245fa作为循环工质,在给定烟气进口温度以及保证循环工质在蒸气发生器出口为饱和蒸气条件下,对不同工况下的工质质量流速进行优化,并分析了在一系列换热管管径下,烟气入口温度、工质入口压力、管外对流传热系数、单根换热管烟气质量流量对目标函数及工质最优质量流速的影响。结果表明：工质入口压力与管外对流传热系数对最优工质质量流速影响显著,随着工质入口压力与管外对流传热系数的增大,最优工质质量流速增大,对应的换热管径减小;而烟气入口温度、单根换热管烟气质量流量对最优工质质量流速影响甚微。     

Influence of tube inclination on the flow regime boundaries of condensing steam

Flow regime data of condensing steam inside an inclined 13.4 mm ID tube are presented. The effect of upward and downward inclinations within ± 10° on the different transition lines is discussed. In all test runs, complete condensation has been achieved inside the condenser, with or without full tube at exit depending on the total mass flow rate and inclination angle. It is shown that the zones occupied by the wavy and slug regimes experience significant shifts, whereas the effect on the annular flow boundary appears to be insignificant at the present small inclination angles. The present data sets are compared with adiabatic gas-liquid flow regime maps developed analytically and experimentally for horizontal and inclined tubes. Deviations due to the condensation process are observed; however, consistent trends are identified among the two types of flow.     

不同倾角放置螺旋管汽波两相摩擦阻力特性

在宽广的参数范围内试验研究了螺旋管在不同倾角放置时的单相及汽液两相摩擦阻力特性,获得了螺旋管放置方向及各主要系统参数对汽液两相摩擦阻力特性的影响规律。在对试验结果及前人研究结果进行详细分析的基础上,获得了第一个能适用于不同倾角放置螺旋管的单相及汽液两相摩擦阻力计算式,从而为汽液两相摩擦阻力及螺旋管的进一步研究和应用提供了依据。     

复合中空热管两相流的观测及充液比对热管等温性的影响

为了解决工业中大量低品质烟气余热的回收利用和烟气酸露点腐蚀导致设备容易失效的工程问题,提出了一种复合中空热管传热元件,介绍了其结构及工作原理。采用可视化实验对管内气液两相流的传热传质机理进行了分析,同时,对不同充液比情况下管壁的等温性进行了实验研究。研究结果表明:在内管采用酒精炉加热、外管采用空气自然对流冷却的条件下,复合中空热管管内液池为核态沸腾换热,外管壁内侧是饱和蒸气层流膜状凝结;复合中空热管在外管壁温度30℃时,加热时间2 min之内就能正常快速启动工作;充液比33%时,复合中空热管的等温性好。实验研究结果为复合中空热管换热器的工程应用提供了基础。     

Local rates of heat and mass transfer during condensation of non-eutectic vapours of binary immiscible liquids

Heat and mass transfer data are reported for the condensation of vapours of immiscible liquids. Condensation occurred on the outside of 0.0254 m diameter horizontal copper tube. Mixtures of organic vapours in steam have been studied, such mixtures being rich in steam and removed from the eutectic composition.

The condensate flow pattern has been determined experimentally. In systems where the density ratio of the organic to water liquids is less than one, a standing-drop pattern is observed; when the ratio is greater than one, channeling flow is the main feature.

For systems removed from the eutectic composition, diffusional resistance through the vapour phase adjacent to the vapour—liquid interface has a major effect on the transfer rates.     

不同倾角放置螺旋管汽波两相摩擦阻力特性

在宽广的参数范围内试验研究了螺旋管在不同倾角放置时的单相及汽液两相摩擦阻力特性,获得了螺旋管放置方向及各主要系统参数对汽液两相摩擦阻力特性的影响规律。在对试验结果及前人研究结果进行详细分析的基础上,获得了第一个能适用于不同倾角放置螺旋管的单相及汽液两相摩擦阻力计算式,从而为汽液两相摩擦阻力及螺旋管的进一步研究和应用提供了依据。