横管外降膜流动与蒸发传热研究

发布时间：2017-09-24 04:39

  本文关键词：横管外降膜流动与蒸发传热研究

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【摘要】：横管降膜蒸发技术由来已久,其所具有的传热系数高、传热温差小、可低温传热等优点使之被广泛应用在海水淡化、食品加工、制冷工程、石油冶炼和化学工程等诸多领域,尤其被多用于多效蒸发设备中。在海水淡化领域,以横管降膜蒸发为主要技术的低温多效蒸发海水淡化技术在具备了上述优点外,更加之高造水水质、换热管耐结垢、耐腐蚀且可利用电厂低品位余热等诸多优势,已然成为海水淡化厂所使用的主流技术之一。开展对横管降膜蒸发技术的研究,为设计生产更加高效的新一代海水淡化设备和其他领域横管降膜蒸发器提供了重要的技术依据和理论基础。 为了获得准确的横管降膜蒸发传热数据和机理,本文对横管降膜蒸发进行了传热实验研究、流动观测研究和数值模拟计算。本文针对横管降膜蒸发的实验和理论研究的主要内容如下： (1)本文对横管降膜蒸发传热系数的影响因素进行了实验研究。实验从流动形态和液膜流速入手,讨论了布管方式和喷淋密度对传热过程的影响,通过局部传热系数和平均传热系数的对比,探讨布管方式和喷淋密度在换热管表面的影响区域,同时定义了最优喷淋雷诺数ReC,,以用于深入剖析横管降膜流动的传热过程,探讨传热过程中各因素对传热效果的影响。本文从换热方式的不同入手,讨论了热流密度对传热系数的影响。从物性变化入手,讨论了蒸发温度和实验流体对局部传热系数和平均传热系数的影响,在实验过程中还首次发现并解释了以海水作为实验流体时,传热系数随蒸发温度变化的特殊规律,并以此表明了以非海水流体为基础的横管降膜蒸发实验结论和规律不可轻易套用于海水淡化领域中。 (2)本文对不同布管方式的液膜流动进行了观测、拍摄和对比讨论。通过对液膜流动的观测实验,细致阐述了横管降膜流动流体下落和液膜铺展的物理过程,对流型转换所需的雷诺数和影响因素进行深入探讨,并以此印证传热实验中所呈现出的流动对换热过程的影响。 (3)本文选用Navier-Stokes方程作为流体运动的控制方程,以VOF方法来追踪液膜的自由表面变化,对横管降膜流动进行了三维数值模拟。通过对比发现,本文所构建的三维模型数值模拟结果与实验结果吻合性很好,处理方法基本可行,计算结果相对可靠。而且通过对数值模拟速度分布图和液膜厚度分布图的分析,深入讨论了横管降膜流动过程和液膜铺展规律,更好的解释了传热实验中所展现出来的物理现象,使模拟结果在对实验结论的微观分析中起到了重要的作用。
【关键词】：横管降膜蒸发 传热系数 海水淡化 流动形态 液膜铺展模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• CONTENTS9-11
• 图目录11-13
• 表目录13
• 主要符号表13-16
• 1 绪论16-31
• 1.1 海水淡化和横管降膜蒸发16-18
• 1.1.1 海水淡化的背景和意义16-17
• 1.1.2 海水淡化中的横管降膜蒸发17-18
• 1.2 横管降膜蒸发的研究进展18-29
• 1.2.1 横管降膜蒸发器的发展过程18-19
• 1.2.2 横管降膜蒸发的国内外研究进展19-29
• 1.3 本论文的研究工作29-31
• 2 横管降膜蒸发实验系统设计及热计算31-52
• 2.1 横管降膜蒸发传热实验系统设计31-38
• 2.1.1 实验台的系统构成与实验流程31-33
• 2.1.2 实验设备功能介绍与设计33-37
• 2.1.3 实验步骤37-38
• 2.2 横管降膜流型观测实验系统设计38-39
• 2.3 测试设备校验及精度汇总39-44
• 2.3.1 计量、控制及测量设备39-43
• 2.3.2 实验设备精度汇总43-44
• 2.4 热计算和数据处理44-49
• 2.4.1 实验中的热计算44-46
• 2.4.2 实验数据处理46-49
• 2.5 实验误差分析49-51
• 2.6 本章小结51-52
• 3 横管降膜流型实验研究52-61
• 3.1 流型的观测和讨论52-59
• 3.2 流型转变的影响因素59-60
• 3.3 本章小结60-61
• 4 横管降膜流动的数值模拟61-74
• 4.1 物理数学模型62-65
• 4.1.1 物理模型描述62
• 4.1.2 控制方程的建立62-63
• 4.1.3 方程的离散和数值模型的求解63-64
• 4.1.4 网格的划分和网格独立性64-65
• 4.2 数值模拟结果分析65-72
• 4.3 本章小结72-74
• 5 横管降膜蒸发传热结果分析74-93
• 5.1 管间距对传热系数的影响74-80
• 5.2 热流密度对传热系数的影响80-81
• 5.3 喷淋密度对传热系数的影响81-83
• 5.4 蒸发温度对传热系数的影响83-85
• 5.5 传热系数在圆周方向的分布85-90
• 5.6 实验流体盐度对传热系数的影响90-91
• 5.7 本章小结91-93
• 6 结论与创新点93-96
• 6.1 结论93-94
• 6.2 创新点94
• 6.3 展望94-96
• 参考文献96-103
• 攻读博士学位期间发表论文情况103-105
• 致谢105-107
• 作者简介107-108

【参考文献】

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本文编号：909408