水平管式降膜蒸发器的性能研究

发布时间：2020-07-27 15:53

【摘要】：水平管式降膜蒸发器具有传热系数高、传热温差小和制冷剂充注量少等众多优点,引起大量学者的关注。由于降膜蒸发器换热管束外壁面易出现局部“干斑”现象,所以有学者提出采用引射再循环系统来减少此类现象,但相关研究尚少,导致其进行直接优化很困难。因此,通过对水平管式降膜蒸发器性能的研究,提供结构设计参考是非常重要的。基于大量有关水平管式降膜蒸发器换热性能影响因素和采用制冷剂引射再循环系统研究资料上,分析了各种因素对水平管降膜蒸发器的换热性能影响后,针对降膜式蒸发器结构进行优化,设计出一种新颖的降膜蒸发器结构,所设计的二级再循环降膜蒸发器,不仅采用制冷剂引射再循环系统,而且设置了一级和二级布液器。尝试使得底部换热管的管外壁面布液更加均匀,并减少局部“干斑”现象产生。本文建立了水平管式降膜蒸发器蒸发换热的有限差分模型,考虑了降膜蒸发器性能沿管内冷冻水流动方向、管排水平方向和竖直方向的变化,以及换热管出现局部“干斑”现象时对降膜蒸发器换热性能的影响。且在此模型中采用了 Roques通过一系列试验和拟合分析得出的水平管式降膜蒸发换热系数的计算公式。通过所建理论模型,运用Visual Basic语言编制了两种不同结构降膜蒸发器的仿真程序。利用此软件数值模拟出四台样机的各性能参数,并通过计算结果进行误差分析验证,说明此软件能够用于本课题研究。对数据结果进行对比分析,得出了降膜蒸发器性能与再循环系数等因素之间的关系,以及验证设计出的二级再循环降膜蒸发器是否能够达到预计效果。得出结论:若想试图完全消除降膜蒸发器强化换热管束表面存在的局部“干斑”现象,则再循环系数R1的数值需大于1.5;降膜蒸发器的最佳再循环系数R1约为1.2,使得降膜蒸发器制冷剂蒸发量有效稳定且节省制冷剂充注量,对应的综合平均降膜因子φ约为0.78;对于给定换热管束的降膜蒸发器应该具有合适的制冷剂再循环流量值,使得降膜蒸发器换热性能更高且避免制冷剂的过量浪费;只有在制冷剂液体再循环流量较小的情况下,采用二级再循环降膜蒸发器相比于一级再循环降膜蒸发器有一定加强换热性能的效果;若要二级再循环降膜蒸发器换热管完全湿润,所需制冷剂充注量是一级再循环降膜蒸发器的约1.5倍;二级再循环降膜蒸发器的底部换热管束虽实现设计初衷降膜情况优于一级再循环结构,但效果并不显著,且出现上部换热管束的局部“干斑”现象加剧。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.62
【图文】：

示意图,满液式蒸发器,示意图,制冷剂

。逡逑液式蒸发器（如图１．１所示）的优点在于，液态制冷剂对换热壁、沸腾换热系数较高和后期维护方便等。但是此类蒸发器同样存１）若蒸发器的壳体较大时，在液体静压力影响下，蒸发器底部度会有所升高，从而导致传热温差的减少。蒸发温度越低，此类着制冷剂的密度变大，静压高度的影响将变得更明显。逡逑２）制冷剂充注量过大，当一些制冷剂价格过高时，这个缺点更３）因为制冷剂的液位较高，和制冷剂气体的出口距离相近，使象较严重。此外用作船舶制冷装置时，当船体摇晃有可能导致液缩机内部。这些都将致使液击现象的出现，从而影响压缩机的

示意图,降膜式蒸发器,示意图

伴随现代新材料、新工艺、新技术的持续发展，不断演变的能源危机，节能逡逑高效换热设备的开发和利用具有重大实际意义。水平管式降膜蒸发器，归属于壳逡逑管式换热器范畴内，如图１．２所示。换热管内载冷剂流动，换热管外经过布液器逡逑的低压制冷剂，被均匀喷淋在换热管外表面并形成液膜，通过吸收管内载冷剂热逡逑量从而部分蒸发。蒸发代表存在相变，表示在蒸发吸热过程的同时，也发生着制逡逑冷剂由液态到气态的质量传递过程。由于重力作用蒸发器底部会沉积部分液态制逡逑冷剂，这部分制冷剂将完全浸没一小部分换热管束，即为水平管式降膜蒸发器的逡逑满液区。蒸发过程所产生的气体，经过气液分离器装置后被吸进压缩机内部，从逡逑而进行制冷循环过程。逡逑制冷剂蒸气Ｍ冷剂液体逡逑矩形布液器逦￡邋＂Ｊ逡逑管g?逡逑图１．２降膜式蒸发器示意图逡逑水平管式降膜蒸发器对比满液式蒸发器，具有以下特点：逡逑（１）换热性能强逡逑３逡逑

流动形态,基本的,液膜,凸液面

谷；而管壁面相邻的液柱铺展液膜将出现融合交汇现象，并且在中间位置液膜形逡逑成凸液面，称之为液膜波晦。逡逑Ｈｕ和Ｊａｃｏｂｉ１邋Ｕ系统地划分并研究了管间流型，如图１．３是三种最基本的管间流逡逑动形态。他们根据大量实验的数据，还得出在实验条件下各流形的转变判别式。逡逑ａ．滴状流逦ｂ．柱状流逦ｃ．片状流逡逑图１．３最基本的管间流动形态逡逑５逡逑

【参考文献】