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。     

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.     

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。     

水平管外降膜蒸发微观传热特性

为了深入探究水平管降膜蒸发的微观传热特性,采用基于VOF法的计算流体模型对水平管外降膜蒸发进行数值模拟,通过求解控制方程得到液膜内的温度场和速度场。分析了不同入口边界温度和Re数下管外薄液膜内热边界层、无量纲温度和局部传热系数的微观传热特性变化规律,定量给出了热发展区与充分热发展区的边界位置。模拟结果表明:液膜入口温度越高,液膜热发展区覆盖的圆周角度越小;液膜内的热发展区覆盖的角度随Re数的增大而增加是平均传热系数随Re数增大的原因;管外圆周方向无量纲温度分布证明了液膜中的传热包含导热和对流传热;管外液膜内纯导热系数与局部传热系数的差值随倾斜角的增加而减少是由于对流效应沿管圆周方向减弱引起的。     

水平螺旋槽管壁面液膜特性的研究

研究水平螺旋槽管壁面液膜的形成机理及流动特性。通过建立单组分流体的物理和数学模型，得出了液膜的速度、厚度解析解，并分析了水平螺旋槽管的几何条件对壁面液膜形成的影响。结果表明：液膜的形状主要受表面张力和槽道表面几何形状的影响，在槽道谷底处较厚，而在槽道起始处较薄。相对于光滑直管，水平螺旋槽管壁面液膜具有更均匀的厚度分布，故具有更好的传热传质性能。     

椭圆横管外降膜流动和换热特性分析

本研究基于VOF算法编写用户UDF(自定义函数),采用FLUENT软件建立了椭圆横管外降膜流动和换热的计算模型。根据CFD(计算流体力学)模型计算和分析了在不同长短轴比下管外降膜速度分布、压力分布、液膜内温度分布和管外换热分布的变化规律。研究结果表明:长短轴比的变化影响了管外液膜速度分布、压力分布和膜内温度分布;相比圆管,椭圆管的管外膜内液体流速更快。壁面压力沿周向逐渐减少并在X=0.9附近快速回升;随长短轴比e的增加,周向压力最小值位置逐渐向后推移。局部Nu数分布与压力分布在趋势上存在一致性。当e=1.65附近时,椭圆的换热性能最优;最后,通过对管形的研究分析,提出横管的传热分区模型。     

竖壁降膜波动特性数值模拟研究

建立了竖直壁面降膜流动的二维几何模型,运用VOF方法对雷诺数200～1 000的降膜的波动特性进行了数值模拟。研究了液膜的波动特征、液膜流动方向的速度变化以及液体雷诺数对液膜波动的影响规律。结果表明:根据液膜的形态可以将流动区域分为入口区、发展区和稳定区三部分。入口区的液膜相对比较平滑,发展区的液膜表现为频率较高的小幅波动,稳定区的液膜波动幅度增加而频率减小;入口区的最大流速大于初始流速,发展区的最大流速在初始流速上下波动,而稳定区流速小于初始流速;随着液体雷诺数的增加,液膜厚度增加而波幅降低。     

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。     

基于水平圆管外加装排液板降膜流动的数值模拟

为了研究排液板对水平圆管外降膜流动与传热的影响,建立了水平圆管底部加装排液板的物理模型,采用流体体积函数(VOF)模型对其管外降膜流动进行了数值模拟,并将数值模拟结果与文献中的实验数据进行了对比.结果表明:加装排液板的水平圆管的平均液膜厚度比未加装排液板的水平圆管薄,管壁局部Nu大,排液板起到加速排液及减薄液膜的作用,有利于强化传热;排液板高度越大,管外同一周向角位置处的液膜厚度越薄,管壁局部Nu越大;排液板厚度较小或者较大都不能有效发挥加速排液的作用.     

水平管内壁流体成膜机理研究

用低雷诺数小流量模型,对流体在光滑水平管内壁面形成覆盖全表面的液膜流速以及膜厚分布进行分析和计算。在柱坐标系下,建立连续方程、Navier-Stokes方程和传质平衡方程,对其进行无量纲处理,在忽略对流项的情况下,得到不同位置液膜流速和膜厚的表达式。同时,对计算结果用图线模拟,并给出相应的分析。     

水平外波纹管降膜管间流型转变

相比于光管,外波纹管的壁面凹凸结构可增加换热面积,从而提高水平管降膜蒸发器的传热特性。准确预测溶液管间流型是提高传热传质性能的关键步骤。建立了水平管降膜实验装置,研究管间距、溶液浓度、管型对降膜流动过程管间流型转变的影响。结果表明:随着雷诺数(Re)的增加,管间流动形态依次出现滴状流、滴柱状流、柱状流和柱片状流和片状流;对于每一种流型转变所对应的Re,外波纹管明显低于光管,并随管间距的增大而增大,随NaCl溶液质量分数的增大而减小;相较于光管,两种外波纹管更易在较低Re下获得各稳定流型。流型转变边界可以通过流体Re与伽利略数(Ga)之间的函数关系式描述。通过拟合实验数据,得到了3种管的流型转变关系式。     

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。     

海水淡化系统水平管降膜蒸发器传热系数研究

针对海水淡化系统水平管降膜蒸发器,总结和分析管内冷凝侧与管外蒸发侧的换热系数关联式,比较管内径、入口蒸汽流速、蒸汽冷凝温度、出口蒸汽干度对管内蒸汽冷凝侧换热系数的影响;研究传热温差以及喷淋密度对管外蒸发侧换热系数的影响。结合不同的污垢系数,进行了总传热系数的影响因素分析,为海水淡化系统的工程设计提供依据。     

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.     

水平管降膜蒸发器管外液体流动研究及膜厚的模拟计算

针对应用于空调和制冷系统的水平管降膜式蒸发器,建立了FLUENT数值模拟计算的物理模型。以制冷剂R134a为研究对象,对不同流量、不同布液器开孔孔径、不同管束结构下管外制冷剂液体的流动情况进行了模拟计算;并实现了绕管周方向不同角度液膜厚度的读取。     

降膜过程中液膜厚度和温度同步测量系统研制

针对金属圆管外降膜过程中关键参数的高精度测量,研制了基于双波长激光吸收光谱技术的液膜厚度和温度同步测量系统,利用该系统对不同工况下竖直和水平金属圆管外降膜过程液膜厚度和温度进行同步测量,同时结合图像法和热电偶对该系统的测量精度进行验证.结果 表明:不同方法测得的金属圆管外液膜厚度和温度的变化趋势吻合良好,二者最大平均偏差分别为4.3％和3.8％;该系统有望为深入研究液膜形成、流动及蒸发过程提供高精度、高灵敏度和无干扰的测试手段.     

降膜蒸发过程的传热性能研究

对圆管和平壁的降膜蒸发过程的传热机理及影响因素进行了分析,并对已有的实验结果进行了比较;已有的实验研究主要是围绕圆管或平壁来进行,不利于找出最佳加热元件;提出在平壁表面加圆管型肋的复合加热元件,对其进行研究有利于找出最佳加热元件,对提高降膜蒸发传热效率极具实用价值。     

降膜喷淋烟气余热回收实验研究

本文对基于竖板降膜喷淋的烟气余热技术的性能进行了实验研究,重点研究了水气比、空气进口温度以及降膜板数量对光滑平板降膜和折流板降膜的换热效率与喷淋水温升的影响。结果表明,折流板降膜的换热性能优于光滑平板降膜,水气比的增大可提高两种降膜板的换热效率;喷淋水温升随着水气比增加或空气进口温度降低而降低;不同结构降膜装置均存在最佳降膜板数量,使换热效率最高。本文给出了水气比、空气进口温度以及降膜板结构等关键因素对烟气余热回收效果的影响规律,可为降膜喷淋烟气余热回收技术的应用与优化提供实验依据。     

湿润特性对横管降膜流动管外淡水液膜成形的影响研究

基于流体力学的运动控制方程,结合实验数据,采用流体体积函数法(VOF)处理流体与气相界面的运动,计算并分析了气-水-固接触角对管外液膜分布的影响。将数值结果与降膜实验结果进行比较,结果表明数值结果与降膜实验观测结果吻合较好。计算结果表明,膜厚的变化在不同的条件下表现出不同的特征,尤其是在形成液膜阶段,接触角直接决定着管外布液情况,是影响降膜流动性能的主要因素之一。     

水平管降膜蒸发器中不同形式的布液器对内部流场流动影响的数值模拟

应用Fluent两相流VOF模型,数值模拟水平管降膜蒸发器内部流场流动的过程。提出3种不同结构的布液器,分别对蒸发器内部流动特性进行了比较分析,得到气液两相图、速度云图、XY图等。模拟结果表明:中间开孔布液器使两部分蒸发管阵产生的蒸汽通过中间蒸汽排气口疏导出去,换热面大,使液体分配较均匀,更为合理,有利于蒸发器内部整体流场的优化设计。研究结果可为降膜蒸发器的优化设计提供理论依据。