板式换热器中Marangoni凝结传热特性及模型优化研究

发布时间：2017-09-29 06:14

  本文关键词：板式换热器中Marangoni凝结传热特性及模型优化研究

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【摘要】：板式换热器(Plate heat exchanger,PHE)具有无可比拟的优势,其应用范围越来越广泛。在板式换热器中,雷诺数较小的情况下,流体便可出现湍流形态,因此其传热性能相对较好。具有正系统特性的混合蒸气在凝结时,由于凝结液表面张力差异的影响,凝结时会出现Marangoni效应,形成珠状凝结或伪珠状凝结。本文将板式换热器与Marangoni凝结结合起来,选取水—酒精作为工质,实验研究板式换热器中Marangoni凝结的传热和压降特性。自行设计搭建的凝结换热实验台具有高气密性并能在正、负压下运行。为了避免流量分配不均,板式换热器由三块人字波纹板片组成。冷热介质呈垂直逆流换热方式。实验主要研究了不同酒精浓度(0%,1%,10%,50%)、不同蒸气压力(70kPa,80kPa,90kPa)和不同蒸气流速(15m/s,25m/s)下,板式换热器的平均传热系数和蒸气侧压降随冷却水进口温度变化的特性。结合实验所得数据,对传热和压降模型也进行了研究。实验结果表明:随着冷却水进口温度升高,平均传热系数减小,压降变大。酒精浓度1%时平均换热系数增大,浓度10%时与纯水蒸汽相近,50%时明显低于其他浓度。压力90kPa、浓度1%时平均传热系数增加约6%左右。压降随着酒精浓度增加而明显变大,在高浓度50%时总压降增大约1倍左右。蒸气压力对平均换热系数和压降影响较大。90kPa平均换热系数最大,80kPa次之,70kPa最小;而压降趋势相反。对15m/s和25m/s两个流速相差较大,尽管平均换热系数有明显上下趋势,但数值却比较接近。流速对平均换热系数影响较小,但却对压降影响较大。25m/s比15m/s的总压降几乎增大一倍左右。在实验数据的基础上,通过引入反应液膜中显热和潜热比例的Jockob准则数,对混合工质凝结表面的传热模型进行了研究,结果表明实验值和计算值对比误差在-35%~35%之间。压降方面,采用Lockhart-Martinelli模型计算摩擦压降。由于摩擦压降占总压降比重较大,因此本文对计算得到的摩擦压降通过常数修正得到总压降,结果表明实验值和计算值对比误差在-20%~20%之间。通过对板式换热器中Marangoni凝结换热特性及模型优化研究,为混合工质在板式换热器中应用奠定了一定实验和理论基础。同时,实验所得结论,对板式换热器的设计与工况选择具有重要参考价值。
【关键词】：板式换热器 传热系数 压降 水-酒混合蒸气
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 板式换热器与混合工质凝结的研究现状9-15
• 1.2.1 板式换热器的研究现状9-13
• 1.2.2 Marangoni凝结13-15
• 1.3 本文研究的研究目标与内容15-17
• 第2章 混合工质凝结传热实验系统17-33
• 2.1 实验系统17-23
• 2.1.1 板式换热器的选择17
• 2.1.2 凝结实验系统17-23
• 2.2 实验方法与步骤23-25
• 2.2.1 实验的准备工作23
• 2.2.2 实验流程23-25
• 2.3 板式换热器中凝结特性的计算25-30
• 2.3.1 蒸气流速计算25-26
• 2.3.2 混合蒸气浓度计算26-27
• 2.3.3 混合蒸气物性参数计算27-29
• 2.3.4 传热计算：29-30
• 2.3.5 压降计算30
• 2.4 实验重复性及不确定度分析30-32
• 2.4.1 实验重复性分析30-31
• 2.4.2 实验结果的不确定度分析31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 平均换热系数与压降的实验研究结果与分析33-44
• 3.1 不同浓度下凝结换热与压降特性33-36
• 3.1.1 酒精浓度对平均换热系数的影响33-34
• 3.1.2 酒精浓度对热侧压降的影响34-36
• 3.2 不同压力条件下凝结换热与压降特性36-38
• 3.2.1 蒸气压力对换热系数的影响36-37
• 3.2.2 蒸气压力对压降的影响37-38
• 3.3 不同流速下凝结换热与压降特性38-41
• 3.3.1 蒸气流速对换热系数的影响38-40
• 3.3.2 蒸气流速对压降的影响40-41
• 3.4 本章小结41-44
• 第4章 板式换热器热侧传热与压降模型研究44-51
• 4.1 板式换热器凝结表面传热模型优化44-47
• 4.2 板式换热器凝结压降模型计算分析47-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第5章 结论与展望51-53
• 5.1 结论51
• 5.2 展望51-53
• 参考文献53-57
• 附录 部分物性参数MATLAB程序57-71
• 硕士期间发表论文71-72
• 致谢72-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 靖宇;马学虎;兰忠;王虎虎;韩旭;;板式冷凝器传热性能的研究进展[J];化工进展;2009年S1期

2 栾志坚;张冠敏;张俊龙;潘继红;;波纹几何参数对人字形板式换热器内流动形态的影响机理[J];山东大学学报(工学版);2007年02期

3 赵镇南;板式换热器人字波纹倾角对传热及阻力性能影响[J];石油化工设备;2001年S1期

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本文编号：940427