竖管降膜新型液体分布器设计及性能研究

发布时间：2017-12-02 19:01

  本文关键词：竖管降膜新型液体分布器设计及性能研究

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【摘要】：降膜设备因具有传热传质效果好、占地面积小等特点广泛应用于石油、化工、冶金、制冷等行业,如竖管降膜换热器、竖管降膜蒸发器、竖管降膜吸收器等。降膜设备中的液体分布装置是系统中重要的组成部分,液体通过分布器后能否分布均匀直接影响降膜设备在工业应用中的价值。若液体在竖管内壁形成断流、干壁,将直接影响降膜设备的工作效率,尤其是降膜蒸发器、降膜换热器会出现干烧。如液体在管壁上形成的液膜厚度过厚,使传热、传质系数减小,传热传质效率降低。研究液体分布器性能及影响液体分布器性能的因素对于强化传热传质非常重要,可为液体分布器的设计、应用提供重要参考。设计出一种结构简单、制作安装方便、分布性能优良适用于竖管降膜设备的液体分布装置对提高竖管降膜设备的工作效率具有重要的意义。本文建立竖管内液膜流动的二维模型,采用多相流VOF计算模型模拟液体通过无肋锥形液体分布器在竖管内的降膜流动。研究了结构参数、液相流速对液体在竖管内壁降膜流动的影响。随着液体分布器端部距离竖管内壁间距的增加液膜厚度逐渐增加,液膜波动减缓。当间距相同时,液膜厚度随液相流速的增加而增加,增大工质粘度液膜厚度随之增大。液膜波动及厚度随表面张力的减小而减小。对于气相流速对降膜流动的影响,管壁前半段液膜流动平缓的距离随气相流速的增加而增加。现有液体分布装置存在初始偏心入流时布液不均匀、加工安装精度要求高等不足,基于此本文提出了一种用于竖管降膜的无外源新型液体分布装置。该分布装置可在气-液两相流动的共同作用下旋转,通过分布器的旋转可改善布液效果,尤其是对初始偏心入流的布液效果显著。对于此类液体分布装置,本文对分布器本体型线、分布器内外表面肋片型线进行了设计。并通过模型简化,初略估算了可使分布器旋转的气-液初始入流速度需满足的关系及液体在理想状况下所能达到的最大转速。对于本文提出的无外源驱动新型液体分布器,采用滑移网格和VOF模型进行了数值模拟。通过模拟研究了结构参数、液相流速、工质及表面张力对液体通过液体分布器后在竖管内壁流动的影响,结果表面随着分布器与竖管内壁间距的增加,液膜厚度逐渐增加。增大液相流速及工质粘度,液膜厚度增大。液膜厚度及波动随着表面张力的减小而减小。对于初始入流偏心分布工况进行了数值模拟,验证了本文提出的新型液体分布器在分布性能上具有一定的优势。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172

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本文编号：1245912