水平管内含不凝气体蒸汽冷凝特性研究

发布时间：2017-10-29 21:23

  本文关键词：水平管内含不凝气体蒸汽冷凝特性研究

  更多相关文章： 管内冷凝 不凝气 水平管 内波外螺纹管 传热模型

【摘要】：含不凝气体的蒸汽冷凝广泛存在于核能、制冷、化工和海水淡化行业。目前大多数学者仅对混合蒸汽在竖直方向上的冷凝进行了研究,但在一些特定场合,如PTA钛冷凝器必须采用水平管内冷凝的方式。由于水平管内冷凝在不同流型时传热特性具有较大的差异,对混合蒸汽在水平管内冷凝的传热规律研究得还不够透彻。鉴于此,本文首先分析了影响混合气冷凝传热特性的因素,获得了混合蒸汽局部传热特性的分布规律；其次研究了内波外螺纹管管内冷凝强化性能,考察混合气条件和结构参数的影响；最后建立了双向非均匀壁温传热模型,揭示了传热能力沿轴向逐渐弱化及内波外螺纹管强化混合气冷凝的内在机理。主要研究内容及结论如下：(1)采用直接测温法研究了较宽Re数范围内含不凝气体的蒸汽在水平光管内的传热规律。分析了不凝气质量分数、混合气质量通量、系统压力及冷却水流量对传热性能的影响。不凝气含量为30%时,传热系数最高下降了59.32%,但在高Re数条件下,较强的气液界面剪切力能弱化不凝气对冷凝传热的不利影响。同时还获得了局部传热特性沿轴向的分布规律,发现分层流时上部的传热系数要高于下部的数值,但两者的差值沿管轴长逐渐缩小,且不凝气含量越高差值越小。(2)通过对传热系数无因次推导和实验数据的拟合,得到了分别适用于重力控制和剪力控制流型下的传热关联式。基于对水平管内两相流流型的分析,选用了无量纲参数jg*判断流型的转变。经对比验证,本文提出的忽略Sc数和Ja数的关联式能较好地预测空气/水蒸汽冷凝时的传热系数。(3)采用热阻分离法实验系统研究了内波外螺纹管管内冷凝强化性能。发现强化管既能强化纯蒸汽的冷凝也能强化混合蒸汽的冷凝。强化蒸汽冷凝时,随着干度和质量通量的增大,强化因子逐渐减小；拟合得到了传热Nu数和两相流压降梯度的关联式；综合评价因子在最小干度、流量时具有最大值,节距为6mm、槽深为0.7mm的强化管最大评价因子为2.24倍。(4)得到了混合蒸汽在内波外螺纹管内冷凝的基本规律。与光管相比,强化管传热量及传热系数随不凝气含量的增大而减小的幅度更小；随质量通量的增大而增大的幅度也更高。同时传热系数强化因子会随着不凝气含量的增加而增大,某工况下可从1.99提高到了2.31倍,但传热量强化因子的提高不太明显。(5)建立了混合蒸汽在水平管内的双向非均匀壁温传热模型,综合考虑了气膜区混合气分子量变化、冷凝液表面张力的抽吸效应及剪切力引起的气液界面扰动对冷凝传热的影响。通过模型的数值分析发现了传热系数沿管轴向逐渐减小的原因,即由于液膜厚度沿管轴向逐渐增厚,以及不凝气浓度增加导致的气膜厚度的增厚。还揭示了强化管传热系数强化因子随不凝气含量的增加而提高的机理,不凝气含量较高时,热阻由液膜、气膜热阻共同控制,管内的螺旋凸起可使液膜和气膜产生旋流,破坏了液膜、气膜的稳定性,可同时强化液膜的传热和气膜的传质过程。
【关键词】：管内冷凝 不凝气 水平管 内波外螺纹管 传热模型
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 主要符号说明12-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 选题背景及意义13-15
• 1.2 水平管内蒸气冷凝研究进展15-22
• 1.2.1 两相流型及流型图研究15-17
• 1.2.2 水平光管内蒸气冷凝传热研究17-19
• 1.2.3 强化管内蒸气冷凝传热研究19-22
• 1.3 含不凝气的混合蒸汽冷凝研究进展22-28
• 1.3.1 实验研究进展23-25
• 1.3.2 模型研究进展25-28
• 1.4 本文主要研究内容28-29
• 第2章 水平光管内含不凝气体蒸汽冷凝规律实验研究29-57
• 2.1 引言29
• 2.2 直接测温法获取传热性能的实验系统29-36
• 2.2.1 实验系统与流程29-31
• 2.2.2 实验参数测量与实验仪器31-32
• 2.2.3 数据处理方法及不确定度分析32-35
• 2.2.4 实验系统的可靠性验证35-36
• 2.3 水平管内冷凝的两相流流型分析36-41
• 2.4 影响冷凝传热特性的因素及规律分析41-46
• 2.4.1 不凝气质量分数的影响41-43
• 2.4.2 混合气质量通量的影响43-44
• 2.4.3 系统压力的影响44-45
• 2.4.4 冷却水流量的影响45-46
• 2.5 冷凝传热性能轴向分布规律46-52
• 2.5.1 管壁及气相主体温度的分布46-49
• 2.5.2 冷凝传热量分布趋势49-51
• 2.5.3 不同流型下传热系数的分布规律51-52
• 2.6 混合蒸汽冷凝传热关联式52-56
• 2.6.1 现有关联式存在的不足52-54
• 2.6.2 基于流型的无因次关联式54-56
• 2.7 小结56-57
• 第3章 内波外螺纹管管内冷凝强化性能实验研究57-81
• 3.1 引言57
• 3.2 间接测量法获取传热性能的实验系统57-64
• 3.2.1 实验系统与流程57-58
• 3.2.2 内波外螺纹管结构参数58-60
• 3.2.3 实验方法及数据处理60-62
• 3.2.4 间接法测量管内传热性能的准确性验证62-64
• 3.3 强化管管内冷凝强化性能研究64-71
• 3.3.1 传热系数的强化64-67
• 3.3.2 流阻特性研究67-70
• 3.3.3 综合性能评价70-71
• 3.4 不凝气对强化管管内冷凝特性的影响研究71-80
• 3.4.1 混合气进口条件的影响71-74
• 3.4.2 强化管结构参数对冷凝的影响74-76
• 3.4.3 混合蒸汽在水平光管和强化管内冷凝的对比分析76-80
• 3.5 小结80-81
• 第4章 含不凝气体混合蒸汽管内冷凝通用传热模型81-101
• 4.1 引言81
• 4.2 通用冷凝模型的建立81-89
• 4.2.1 扩散层理论的基本原理81-82
• 4.2.2 液膜区的传热模型82-84
• 4.2.3 气膜的传热传质过程84-88
• 4.2.4 混合蒸汽物性参数的计算88-89
• 4.3 冷凝模型影响因素的分析89-92
• 4.3.1 分子量不均匀性的影响89-91
• 4.3.2 抽吸效应的影响91-92
• 4.3.3 界面粗糙度的影响92
• 4.4 凝模型的求解流程92-96
• 4.5 冷凝模型的可靠性分析96-100
• 4.5.1 与实验数据的对比96-98
• 4.5.2 与文献数据的对比98-100
• 4.6 小结100-101
• 第5章 通用冷凝传热模型的数值分析101-117
• 5.1 引言101
• 5.2 混合蒸汽光管内冷凝过程的数学模拟101-111
• 5.2.1 传热性能的影响因素模拟101-103
• 5.2.2 局部传热性能的数值分析103-111
• 5.3 内波外螺纹管内混合气冷凝的传热分析111-116
• 5.3.1 传热特性轴向分布规律111-113
• 5.3.2 强化混合蒸汽冷凝的机理探讨113-116
• 5.4 小结116-117
• 第6章 结论及展望117-120
• 6.1 主要结论117-118
• 6.2 论文创新点118-119
• 6.3 展望119-120
• 参考文献120-130
• 致谢130-131
• 攻读博士期间发表论文与申请专利

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王建民;水平管的干涸关系式[J];核动力工程;1983年04期

2 周云龙，夏国栋，陈晓珊，蒋安众，，李泓源，李学武;水平管内气—液两相流流型及其转换特性研究[J];热能动力工程;1995年06期

3 徐进良,陈听宽,翟兴耀,杨鲁伟,宋纪元;水平管顶部破口入口蒸汽含汽率[J];自然科学进展;1996年02期

4 于长兴;;水砂充填水平管内水力阻力计算的研究[J];煤炭学报;1964年03期

5 姚凤鸣,陈本耀,王新文;水平管内液体冻结过程的研究[J];化工学报;1991年02期

6 齐和发，沈吟秋;影响水平管降膜蒸发传热性能的因素[J];高校化学工程学报;1995年03期

7 司华峰,郭开华,舒碧芬,樊栓狮;水平管湍流吸收过程的数值模拟[J];上海理工大学学报;2001年03期

8 苏玉亮;张鸣远;杨建;侯洪宁;朱宪然;;水平管内气-液两相泡状流壁面切应力预测模型[J];核动力工程;2006年06期

9 邱庆刚;陈金波;;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[J];热科学与技术;2011年02期

10 陈远麟;;道路简易测量 一、横断尺测量法[J];公路;1958年09期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 黄志光;汪荣顺;顾安忠;;不凝结气体水平管外凝结传热分析[A];上海市制冷学会2005年学术年会论文集[C];2005年

2 马旭;张良纯;方素梅;;水平管沉淀新技术用于老水厂提质增量改造工程实例分析[A];第七届中国城镇水务发展国际研讨会论文集--S03：城镇净水工艺与水质达标[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 记者 谭志文;高水平建好城市更要高水平管好城市[N];郴州日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘瑞;高真空度低质量流率下蒸汽水平管内凝结特性研究[D];大连理工大学;2014年

2 任彬;水平管内含不凝气体蒸汽冷凝特性研究[D];华东理工大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 江波;水平管外降膜流动与传热的实验研究[D];华中科技大学;2011年

2 尹铭;水平管内低压蒸汽冷凝现象的研究[D];大连理工大学;2002年

3 陈子琪;水平管外降膜的厚度测量及传热实验研究[D];华中科技大学;2013年

4 马启成;动载作用下水平管内蒸汽凝结特性实验研究初探[D];南京航空航天大学;2011年

5 高国红;水平管降膜蒸发器传热性能研究[D];天津大学;2013年

6 邢玉雷;真空水平管内蒸汽凝结换热实验研究[D];大连理工大学;2009年

7 陈金波;水平管外降膜流动特性的数值研究[D];大连理工大学;2011年

8 高忠凯;低温浓盐水水平管降膜蒸发实验研究[D];大连理工大学;2007年

9 徐U喰

本文编号：1114723