横管降膜蒸发过程中喷淋密度对传热系数影响的数值研究
发布时间：2021-09-07 12:16
建立横管降膜蒸发传热过程三维数值模型,采用VOF方法模拟研究了纯水在横管外降膜蒸发的流动及传热过程,获得两液柱同时撞击到横管外液膜的铺展动力学特性及液柱间波峰环的换热特性,深入探究了喷淋密度变化对管外降膜流动及局部传热系数分布的影响。模拟结果表明:在横管顶部液柱冲击区局部传热系数和液膜流速最大,随周向角的增加,管外局部传热系数先逐渐减小,后在横管底部由于液膜扰动作用而回升。沿横管轴向,从冲击区至轴向中点液膜重叠区,局部传热系数逐渐降低。在本文研究的喷淋密度0.052 kg/（m.s）<Γ<0.116 kg/（m·s）层流范围内,喷淋密度的增加会强化管外蒸发传热效果,随喷淋密度的增加,各点局部传热系数出现不同幅度的增大,而液膜增厚带来的导热抑制作用对冲击区和液膜重叠区较为显著。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１物理模型与考察截面??Ｆｉｇ．?１?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ?ｒｅｇｉｏｎ??１．２数学模型??１．２．１控制方程??针对本文中的水平管外降膜流动与蒸发过程，??
的质量传递速率，ｍｇｌ为气??相到液相的质量传递速率，ｋｇ／（ｓ．ｍ３）；?Ｐｌ、ａｇ和??而分别表示液相及气相的体积分数和密度；Ｔ为当??前液相或气相的温度；Ｔｓａｔ为蒸发温度；Ｃｆ为松弛因??子，表征发生相变的速率。??１．３网格划分及参教设置??采用ＩＣＥＭ建模，使用“０”型分块方法生成结??构化网格，为提高网格模型的计算精度，对近壁面??及流体下落的区域进行网格加密，同时优化模型计??算域以节约计算资源，网格宽度最小０．０５?ｍｍ，最??大０．２?ｍｍ，网格划分情况如图２所示。模型中设置??半径为Ｉ?ｎｎｉｉ的卩４分之一圆柱顶面为ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎｌｅｔ??边界条件，圆柱顶面的其它区域设置为ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｉｎ－??１（＇１■边界条件，横管轴向及左右切面设置为ｓｙｍｍｅｔｒｙ??边界条件，横管内壁设置为ｗａｌｌ边界条件，横管外??壁设置为ｃｏｕｐｌｅｄ壁面耦合边界条件，其余设置为??ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｏｕｔｌｅｔ边界条件。数值模型求解方法设置如??下：１）在三维直角坐标系下进行非稳态模拟；２）压??力速度耦合采用ＰＩＳ０算法，压力项离散方法采用??ＰＲＥＳＴＯ！算法，动量方程离散采用ＱＵＩＣＫ格式，选??用Ｖ０Ｆ模型追踪气液相界面，选取Ｇｅｏ－Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ??格式；３）考虑重力及表面张力的影响．??ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎｌｅｔ??图２网格模遛及边界条件??Ｆｉｇ．?２?Ｇｒｉｄ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??１．４相关参数计算??申－侧喷淋密度ｒ计兑公式为：??式中，Ｐ为喷淋液密度，ｋｇ／ｍ３；?ｒ为喷淋孔半径，ｍ；??为喷淋入口流体工质速度，ｍ
ａｎｄ?ｌｉｑｕｉｄ??密度／??动力黏度／??表面张力／??ｋｇ－ｍ－３??ｋｇ．ｍ－ｉ．ｓ?－１??Ｎ．ｍ－１??液态水??９９８．２??ｌｘｌＯ－３??０．０７３??水蒸气??０．１３０４??１．０８５ｘ１０—５??１．５网格及时间步长独立性验证??为验证传热模型网格的独立性，分别选取网格??数量为４５万、７８万和１１２万三种疏密程度的网格，??在相同条件下进行降膜蒸发数值模拟。由于液膜厚??度对局部传热系数有很大影响，故本文采用液膜厚??度为网格无关性验证的评价指标。图３为喷淋密度??ｒ二０．０７８?ｋｇ／（ｍ．ｓ）时，液膜流动稳定后，三种网格??条件下Ｂ－Ｂ截面液膜厚度＜５随周向角ｐ的变化情??况。可以看出，当网格数量达到７８万时，液膜厚度??相对误差控制在５％以内，满足网格独立性要求，故??本文选用７８万网格形式进行后续计算。??１．３??１．２??０．９??０．８??０．７??０?２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４０?１６０?１８０??（ｐ／ｎ??图３网格独立性验证??Ｆｉｇ．?３?Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒｉｄｓ?ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ??针对７８万网格模型选取不同大小的时间步长，??在相同参数设置条件下进行数值计算，分别提取出??该时间步长下Ｂ－Ｂ截面周向角ｐ＝９０°处液膜厚度??一４５?万??—７８?万??１１２?万??厂＝０．０７８?ｋｇ／（ｍ．ｓ）??ｉｔ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]制冷用水平管降膜蒸发器的研究进展及新技术[J]. 何茂刚,王小飞,张颖. 化工学报. 2008(S2)
[2]水平管降膜蒸发器管外液体流动研究及膜厚的模拟计算[J]. 何茂刚,王小飞,张颖,费继友. 热科学与技术. 2007(04)
博士论文
[1]水平管外海水降膜流动与蒸发传热过程研究[D]. 陈学.大连理工大学 2015
本文编号：3389532
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１物理模型与考察截面??Ｆｉｇ．?１?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ?ｒｅｇｉｏｎ??１．２数学模型??１．２．１控制方程??针对本文中的水平管外降膜流动与蒸发过程，??
的质量传递速率，ｍｇｌ为气??相到液相的质量传递速率，ｋｇ／（ｓ．ｍ３）；?Ｐｌ、ａｇ和??而分别表示液相及气相的体积分数和密度；Ｔ为当??前液相或气相的温度；Ｔｓａｔ为蒸发温度；Ｃｆ为松弛因??子，表征发生相变的速率。??１．３网格划分及参教设置??采用ＩＣＥＭ建模，使用“０”型分块方法生成结??构化网格，为提高网格模型的计算精度，对近壁面??及流体下落的区域进行网格加密，同时优化模型计??算域以节约计算资源，网格宽度最小０．０５?ｍｍ，最??大０．２?ｍｍ，网格划分情况如图２所示。模型中设置??半径为Ｉ?ｎｎｉｉ的卩４分之一圆柱顶面为ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎｌｅｔ??边界条件，圆柱顶面的其它区域设置为ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｉｎ－??１（＇１■边界条件，横管轴向及左右切面设置为ｓｙｍｍｅｔｒｙ??边界条件，横管内壁设置为ｗａｌｌ边界条件，横管外??壁设置为ｃｏｕｐｌｅｄ壁面耦合边界条件，其余设置为??ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｏｕｔｌｅｔ边界条件。数值模型求解方法设置如??下：１）在三维直角坐标系下进行非稳态模拟；２）压??力速度耦合采用ＰＩＳ０算法，压力项离散方法采用??ＰＲＥＳＴＯ！算法，动量方程离散采用ＱＵＩＣＫ格式，选??用Ｖ０Ｆ模型追踪气液相界面，选取Ｇｅｏ－Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ??格式；３）考虑重力及表面张力的影响．??ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎｌｅｔ??图２网格模遛及边界条件??Ｆｉｇ．?２?Ｇｒｉｄ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??１．４相关参数计算??申－侧喷淋密度ｒ计兑公式为：??式中，Ｐ为喷淋液密度，ｋｇ／ｍ３；?ｒ为喷淋孔半径，ｍ；??为喷淋入口流体工质速度，ｍ
ａｎｄ?ｌｉｑｕｉｄ??密度／??动力黏度／??表面张力／??ｋｇ－ｍ－３??ｋｇ．ｍ－ｉ．ｓ?－１??Ｎ．ｍ－１??液态水??９９８．２??ｌｘｌＯ－３??０．０７３??水蒸气??０．１３０４??１．０８５ｘ１０—５??１．５网格及时间步长独立性验证??为验证传热模型网格的独立性，分别选取网格??数量为４５万、７８万和１１２万三种疏密程度的网格，??在相同条件下进行降膜蒸发数值模拟。由于液膜厚??度对局部传热系数有很大影响，故本文采用液膜厚??度为网格无关性验证的评价指标。图３为喷淋密度??ｒ二０．０７８?ｋｇ／（ｍ．ｓ）时，液膜流动稳定后，三种网格??条件下Ｂ－Ｂ截面液膜厚度＜５随周向角ｐ的变化情??况。可以看出，当网格数量达到７８万时，液膜厚度??相对误差控制在５％以内，满足网格独立性要求，故??本文选用７８万网格形式进行后续计算。??１．３??１．２??０．９??０．８??０．７??０?２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４０?１６０?１８０??（ｐ／ｎ??图３网格独立性验证??Ｆｉｇ．?３?Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒｉｄｓ?ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ??针对７８万网格模型选取不同大小的时间步长，??在相同参数设置条件下进行数值计算，分别提取出??该时间步长下Ｂ－Ｂ截面周向角ｐ＝９０°处液膜厚度??一４５?万??—７８?万??１１２?万??厂＝０．０７８?ｋｇ／（ｍ．ｓ）??ｉｔ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]制冷用水平管降膜蒸发器的研究进展及新技术[J]. 何茂刚,王小飞,张颖. 化工学报. 2008(S2)
[2]水平管降膜蒸发器管外液体流动研究及膜厚的模拟计算[J]. 何茂刚,王小飞,张颖,费继友. 热科学与技术. 2007(04)
博士论文
[1]水平管外海水降膜流动与蒸发传热过程研究[D]. 陈学.大连理工大学 2015
本文编号：3389532
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