基于加速管外排液技术的强化换热特性研究

发布时间：2017-08-11 00:24

  本文关键词：基于加速管外排液技术的强化换热特性研究

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【摘要】：凝结和蒸发是自然界最常见的两种有相变的换热方式,其中,膜状凝结是工业中最为常见的一种凝结换热方式,降膜蒸发是一种高效的蒸发换热方式广泛应用于工业生产。水平管外膜状凝结和水平管式降膜蒸发的共同特点是在管外形成一层连续流动铺展的液膜,管外液膜是阻碍换热的主要因素。可通过加速管外液体的流动,使其液膜减薄,减小其液膜热阻,同时使管外壁面流体的流动加速,达到强化换热的目的。当管外液体的流动为稳定层流时,液膜与管壁的换热主要是以导热方式为主的对流换热,因此,液膜是影响换热的主要因素。采用加速排液技术强化换热的机理主要有两点:其一,加速排泄管外液体,可以减薄液膜厚度,减小了液膜热阻,强化了液膜内热量的传递过程;其二,提高了液膜的流动速度和壁面处流体的速度梯度,强化了液膜与管壁面的对流换热。本文基于边界层理论及热量平衡研究了不同结构参数的滴形管及椭圆管的换热特性。结果表明:(1)液膜脱离壁面的临界角φc受椭圆度e及Bo数的影响,即一定的椭圆度e,Bo数越大,临界角φc越大,当Bo数一定时,椭圆度e越大,临界角φc越小;(2)在有效换热面积相等的情况下,滴型管及椭圆管相比圆管具有更好的排液性能,能有效的减薄液膜厚度,其强化换热效果主要受椭圆度e及Bo数的影响;(3)因此,在设计滴型管及椭圆管时,应该根据Bo数确定最佳的椭圆度e;(4)在相同换热面积及相同椭圆度e时,椭圆管具有比滴型管更好的排液能力,强化换热效果显著。基于VOF模型对不同管型加装排液板进行了数值模拟研究,得到了如下结论:(1)加装排液板的圆管较其光管的平均液膜厚度减薄,管壁局部Nu数增大,表明排液板起到了加速排液及减薄液膜厚度的作用,有利于强化传热;(2)排液板高度增大,管外同一周向角位置处的液膜厚度越薄,局部Nu数越大;(3)排液板宽度较小或者较大都不能充分发挥加速排液的作用;(4)滴型管、蛋形管及椭圆管E=1.5及E=2四种不同截面形状的异型管加装排液板后,管外的液体流速增大,无量纲温度减小,液膜减薄,强化了传热能力;(5)加装排液板后的椭圆管E=1.5及E=2的液膜分布相对其光管较均匀,可减小“干斑”的可能性。
【关键词】：膜状凝结 降膜蒸发 排液技术 液膜厚度 强化换热
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 物理量名称及符号表11-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 课题背景及研究的目的及意义13-14
• 1.2 膜状凝结的研究现状及分析14-15
• 1.2.1 膜状凝结14-15
• 1.2.2 异型管的膜状凝结15
• 1.3 水平管外膜状凝结排液技术的研究现状15-19
• 1.3.1 排液板技术15-17
• 1.3.2 排液孔技术17
• 1.3.3 排液芯技术17-18
• 1.3.4 EHD排液技术18-19
• 1.4 水平管外降膜蒸发的研究现状及分析19-21
• 1.4.1 实验研究19-20
• 1.4.2 数值模拟研究及理论计算20-21
• 1.5 本文研究主要内容21-23
• 第2章 异型管外膜状凝结液膜分布及换热特性研究23-32
• 2.1 物理模型23-24
• 2.2 异型管几何参数设计24
• 2.3 数学模型的建立24-27
• 2.3.1 液膜层内的速度及温度25-26
• 2.3.2 液膜厚度26-27
• 2.3.3 凝结换热系数27
• 2.4 实例计算及模型验证27
• 2.5 结果分析27-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 水平管外降膜流动数值模拟方法32-39
• 3.1 多相流模型的选择32-33
• 3.2 水平管外降膜流动的控制方程33-34
• 3.2.1 质量守恒方程33
• 3.2.2 动量守恒方程33-34
• 3.2.3 能量守恒方程34
• 3.3 数值求解计算方法的选择34-38
• 3.3.1 有限体积法34-35
• 3.3.2 求解器的选择35
• 3.3.3 压强-速度耦合算法的选择35-37
• 3.3.4 计算格式的选择37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 水平圆管外加装排液板降膜流动数值模拟39-49
• 4.1 物理模型的建立39
• 4.2 无量纲数39-40
• 4.3 网格划分及边界条件40
• 4.4 物性参数及排液板几何参数40-41
• 4.5 网格无关性验证与模型验证41-42
• 4.6 数值模拟结果及分析42-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第5章 水平异型管外加装排液板降膜流动研究49-58
• 5.1 水平异型管外降膜流动物理模型49
• 5.2 无量纲数及水平异型管外加装排液板的几何参数49-50
• 5.3 网格无关性及模型验证50-51
• 5.4 数值模拟结果及分析51-56
• 5.4.1 异型管速度分析51-52
• 5.4.2 无量纲温度分布52-53
• 5.4.3 异型管的液膜厚度分布53-55
• 5.4.4 异型管壁局部Nu数分布55-56
• 5.5 本章小结56-58
• 第6章 结论与展望58-61
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李慧君;;滴形管凝结换热性能的实验研究[J];中国电机工程学报;2009年20期

2 张健,方杰,范波芹;VOF方法理论与应用综述[J];水利水电科技进展;2005年02期

3 王志东,汪德r;VOF方法中自由液面重构的方法研究[J];水动力学研究与进展(A辑);2003年01期

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本文编号：653415