大型水平管降膜蒸发器热力性能和参数分布特性研究

发布时间：2017-12-07 10:18

  本文关键词：大型水平管降膜蒸发器热力性能和参数分布特性研究

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【摘要】：作为低温多效蒸发海水淡化装置中的重要设备,水平管降膜蒸发器由于管外液膜的波动效果以及传热管两侧均有相变过程发生,传热系数较高,同时又具有适应小传热温差、适用于低品质热源、抗结垢腐蚀性能良好等优势,已成为热法海水淡化技术研究与应用的重点。国内外学者对于单管或单列管外降膜蒸发过程的研究较多,对降膜蒸发传热管束内部多因素作用下的热力性能细致研究则相对不足,且鲜有文献报道管外二次蒸汽流动阻力对降膜蒸发器传热参数空间分布规律的影响;另外,管内外传热参数变化趋势与方向的不同造成管束间传热参数的相异分布,也造成对其过程研究的参数量大、复杂性高的特点,已发表文献对管内外传热过程的耦合参数空间分析也很少见。本文采用实验和数值模拟手段,对水平管降膜蒸发器的传热性能和热力参数在蒸发器内的空间分布特性进行了全面的研究。建立了水平管降膜蒸发器传热实验平台,分析了管束内外流体温度、管壁温度、传热温差等参数在不同运行条件下的空间分布规律。在系列实验中,获得了管内蒸汽局部压降和管外蒸汽横掠降膜管束局部压降的变化规律。以本文实验所得到的大量实验数据所建立的数据库为基础,结合对蒸发器中传热和流动过程的分析,建立了大型水平管降膜蒸发器分布参数模型,开发了相应的热力计算程序。将模拟结果与实际设备运行值相比较,验证了模型的可靠性。通过本文建立的分布参数模型,对大型水平管降膜蒸发器热力过程进行数值模拟,得到了在不同顶排海水喷淋密度、顶排海水盐度时,传热系数在蒸发器内部的三维空间分布,为深刻认识传热系数在大型降膜蒸发器中的分布规律和机理提出了基础方法。利用蒸汽流速和传热量之间的自补偿特性,定量分析了不同运行条件下管内蒸汽进口流速的分布不均特性,揭示了管内外两个相变传热过程的耦合作用机理和分布特征,分析结果表明管内蒸汽进口流速分布不均特性对蒸发器设计精度具有较大影响。基于大型低温多效蒸发海水淡化装置工作过程的"小温差、低流阻、饱和态、高敏感"特征,定量分析了由管内、外蒸汽压力变化和管外海水沸点升高所造成的温差损失,详细阐述了传热温差在蒸发器内部的空间分布规律。定义蒸发器内的"有效传热温差区域",提出以"有效传热温差区域"的覆盖率定量表征蒸发器对表观温差的利用率。提出水平管降膜蒸发器有效传热临界点和传热临界点的概念,为蒸发器的优化设计提供定量控制理论指标。在上述分析的基础上,探讨了在蒸发器传热面积基本不变的前提下,改变传热管长度、管束行列比时,蒸发器传热参数的分布特征和综合传热性能的变化趋势。以蒸发器获得最大热流密度为判据,得到了最优传热管长和最优行列比。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P747;TK124

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