基于VOF法的横管降膜蒸发传热特性的数值分析

发布时间：2017-08-05 16:28

  本文关键词：基于VOF法的横管降膜蒸发传热特性的数值分析

  更多相关文章： 横管降膜蒸发 数值分析 VOF 热边界层 传热特性

【摘要】：低温多效横管外降膜蒸发技术被广泛应用于海水淡化、化工冶炼、石油蒸馏和制冷等行业,它具有传热温差小、低温传热性能优良、热效率高和维护费用低等优点。在不同运行工况下,低温多效蒸馏设备表现出的传热性能不同,说明了横管降膜蒸发技术具有特殊性和复杂性。本文通过对横管外降膜流动和蒸发传热的数值研究,将流动与传热进行结合,深入探讨液膜内传热特性的变化规律及其影响因素。本文采用ANSYS FLUENT 14.5商用CFD流体分析软件,采用Volume of Fluid (VOF)方法对二维的单根横管外降膜流动蒸发模型进行数值模拟,研究了不同入口边界条件下液膜的流动和传热特性,并结合存在相变的传质过程,分析了不同入口温度和入口Re数条件下的液膜厚度、液膜内速度场、热边界层发展、传热系数和液膜内传热方式等的变化规律。并与前人的数值模拟与实验结果进行对比,取得了较好的一致性。本文的物理模型为管径为25.4mm的单根横管,喷淋高度为5mm,壁面过热度维持在2K,Re数范围为600-1250,属层流和层流向湍流过渡范围。模拟得到了液膜厚度、液膜内的速度场、壁面切应力和传热系数的分布情况。结果表明,横管外液膜最薄位置随入口Re数的增大有向下移动的趋势。液膜内切向速度最大值位于90度。壁面剪切力和重力分力作用随着横管圆周角度的增大呈现先增大后减小的趋势。横管顶部液膜内法向速度的绝对值最大,并出现小速度循环流动。入口温度越低,入口Re数越大,热发展区覆盖的角度越大。横管顶部传热系数最高,之后缓慢下降至趋于稳定,至管子底部略有回升。横管顶部液膜内的对流传热强度最大,表明液体的冲击作用强化了对流传热强度。经本文模拟发现,层流及层流向湍流过渡范围内,Re数的增加对传热性能的提升并不明显,液膜内的法向速度和循环流动,即液膜的冲击区和液膜的波动程度,是提升对流传热强度的关键。
【关键词】：横管降膜蒸发 数值分析 VOF 热边界层 传热特性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 横管降膜蒸发的研究背景和课题意义9-10
• 1.2 管外降膜蒸发的研究现状降10-15
• 1.2.1 管外降膜流动区域划分的研究进展10-12
• 1.2.2 管外液膜流动的膜厚分布和传热的研究进展12-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 2 横管外降膜蒸发的数值模拟方法17-27
• 2.1 物理模型18-20
• 2.2 网格模型20-21
• 2.3 理论模型21-27
• 2.3.1 多相流简介21-22
• 2.3.2 VOF简介22-24
• 2.3.3 横管外降膜蒸发过程中的传热传质模型24-27
• 3 横管外降膜的流动特性分析27-37
• 3.1 Re数对液膜厚度分布的影响30-32
• 3.2 降液膜内速度场的变化规律32-35
• 3.3 壁面剪切力对液膜内速度场的影响35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 横管外降膜蒸发的传热特性分析37-58
• 4.1 降液膜内热边界层的发展分析37-45
• 4.1.1 入口边界温度对热边界层发展的影响38-41
• 4.1.2 Re数对热边界层发展的影响41-45
• 4.2 降液膜内传热系数的结果分析45-51
• 4.2.1 Re数对传热系数的影响45-46
• 4.2.2 液膜内的速度场对传热系数的影响46-51
• 4.3 横管外降液膜内传热方式的分析51-56
• 4.4 本章小结56-58
• 5 结论58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况64-65
• 致谢65-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 郭斌;李会雄;郭笃鹏;;水平管外降膜流动液膜厚度的测量及分析[J];工程热物理学报;2011年01期

2 何茂刚;王小飞;张颖;费继友;;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];热科学与技术;2007年04期

3 罗林聪;张冠敏;潘继红;田茂诚;;Flow and heat transfer characteristics of falling water film on horizontal circular and non-circular cylinders[J];Journal of Hydrodynamics;2013年03期

4 侯昊;毕勤成;马红;;水平管降膜厚度分布特性及对传热的影响[J];西南交通大学学报;2011年06期

，

本文编号：625846