水平管薄膜蒸发传热系数

采用智能化薄膜厚度测试仪实验研究了液体负荷、蒸发侧沸点、传热总温差和传热管管径等因素对水平光滑传热管外液膜厚度、波动状况以及因此而导致的蒸发侧传热膜系数的影响,得到了传热膜系数的关系式,突出了液膜波动的影响.还讨论了多种操作参数对两侧传热膜系数和总传热系数的影响,为工业设计提供实验依据.     

水平管外壁薄膜蒸发侧表面传热系数

采用智能化薄膜厚度测试仪,在考察液体负荷、蒸发侧沸点、蒸发侧传热温差、传热管管径等因素对水平光滑传热管外液膜厚度及其波动状况影响的基础上,研究了蒸发侧表面传热系数随液膜厚度的概率分布和平均厚度变化的趋势,讨论了多种操作参数对蒸发侧表面传热系数的影响。针对水平管降膜蒸发流动的波动特性,定义了G (δ⁺)和h (α)⁺₂,得到蒸发侧表面传热系数的关系式,突出了液膜波动的影响,为进一步揭示蒸发侧表面传热系数的影响因素以及进行工业设计提供实验依据.     

倾斜波纹板上液膜流动的CFD研究

利用VOF法建立了液膜在倾斜波纹板上的气-液两相流CFD模型,并根据液膜流动特点提出了表面张力动量源项和气液界面作用力动量源项.模拟结果与文献实验值吻合较好,表明本文提出的CFD液膜流动模型具有一定的可靠性.通过模拟不同性质的液体在不同表面结构波纹板上的流动过程发现,波纹板表面微观结构以及液体性质尤其是液体的表面张力对连续液膜的形成有重要作用,表明通过改变波纹板面微观结构以及降低液体的表面张力可以促进连续液膜的形成,对提高气液之间的传质效率有重要意义.     

波纹板表面流体流动特性的数值模拟

利用计算流体动力学CFD商业软件FLUENT,以多相流模型中的VOF模拟为基础,建立了波纹板式的计算模型,考察了液体流速、板面结构、液体物性对液膜流动的影响。模拟结果表明,在一定范围内,随着流速的增加,液膜的厚度和流动时间都减小;波纹板结构直接影响液膜流动,凹槽较浅的波纹板有利于连续液膜的产生,波谷滞留液内发生液体回流形成漩涡;液体的表面张力直接影响连续液膜的产生和断裂,表面张力、黏度、流量共同决定了液膜的厚度和相位差。     

矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性

对水平放置矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性进行了实验研究.通过实验获得了不同周角下的气弹演变过程和局部流动特征,结果表明,其流动特性会随着螺旋周角位置的变化而变化.根据实验数据分析发现,同一工况下,不同转角气弹的运动速度、频率和长度分布不尽相同.重力和离心力的相对大小决定着内外壁面液膜的厚度,给出了同一条件下,不同时刻的液膜厚度的演变过程.最后对下降液膜的运动速度展开了分析研究,在螺旋上升过程中,液膜下降速度逐渐减小,在螺旋下降段,液膜速度明显增大.     

功能表面材料与流体界面相互作用对垂直降液膜流动特性的影响

通过调节水温度、添加表面活性剂以及铝合金壁面表面改性处理来改变降膜流体与固体表面之间的表面自由能差值,运用JDC-2000型精密测微仪测定垂直降液膜的厚度,研究固体表面和液体间相互作用对流体垂直降膜流动特性的影响;考察了液膜雷诺数、流体温度、添加表面活性剂、固体表面材料物理化学性质等因素对垂直壁面降液膜流动特性的影响规律。实验结果表明:改变固体表面与降液膜流体的物理化学特性,即改变固液界面的相互作用能够改变流体的降膜流动特性。降液膜平均厚度随液固表面自由能差的增大而减小。     

流动液膜的数值模拟研究综述

液膜流动现象广泛存在于自然界中,作为一种高效传热传质技术,其在化工等领域有着广泛的应用。近几年来,国内外学者越来越热衷于运用数值模拟技术来研究液膜的流动特性及传热传质特性。本文归纳分析了数值模拟研究中液膜自由液面的追踪方法。总结了不同壁面结构、不同壁面倾角、液体物性、液相流量与气相流速4个方面对液膜的流动特性的影响规律,以及改变壁面倾角、入口雷诺数、入口添加扰动时表面波呈现的波动特性。此外,还论述了流动液膜的传热传质特性的研究现状。所得结论对流动液膜的数值模拟研究具有一定的参考价值,最后提出了用数值模拟方法研究液膜流动的缺陷与不足,展望了更加科学合理地研究流动液膜的方法。     

竖直管降膜蒸发器流动与传热过程的数值模拟

针对竖直管降膜蒸发器的技术特点,在计算流体力学和传热学理论分析基础上,采用FLUENT软件,运用自定义函数(UDF)编写传质源项,对降膜蒸发器的加热管内液体沿壁面呈膜状下降流动并受热汽化过程进行了三维数值模拟研究,模拟采用Mixture两相流层流模型,Simple算法。模拟结果以3D形式表现了液体沿运动方向在管壁发展成膜的过程,并将模拟得到的液膜厚度与理论计算得到的液膜厚度进行了比较。模拟结果表明,竖直降膜蒸发器加热管具有液膜薄,均匀性好的特点,管表面容易形成柱状流,液膜厚度为1.0 mm。     

固体平壁上受热降膜分布模型

在降膜受热流动过程中,由于液膜边缘与膜中央之间存在速度差异,造成液膜横向温度分布不均,由此在液膜横向产生了表面张力梯度, 即引起了自液膜边缘向液膜中央的Marangoni流动,从而使得液膜收缩变形. Marangoni流动引起的收缩效应与液体润湿性及流动压力的扩展效应相互作用, 在液膜边缘形成了凸起区. 根据液膜边缘凸起区内的受力平衡和物料平衡关系,同时考虑温度引起的表面张力梯度对液膜流动的影响,建立了受热降膜收缩模型. 此模型显示, 较低的壁温、较小的固液接触角以及较大的液体流量有利于液膜在加热固体壁面上的扩展. 通过与实验数据的对比显示,该模型较准确地预测了受热液膜下落初始过程中的液膜分布, 能够为传质传热过程及其设备的优化设计提供理论依据.     

激光诱导荧光技术观测填料表面非等温降膜流动形态变化

非等温降膜流动在精馏过程中较为常见,其流动特性较为特殊,对填料表面的质量和热量传递有重要影响。本文搭建了可视化的实验装置,在保证液相室温进料的前提下升高填料温度,在规整填料表面构造液相被加热的非等温降膜流动,运用激光诱导荧光技术对液膜形态变化进行观测分析,对液体润湿面积、液膜厚度等参数进行比较。结果表明,随着填料温度的升高,液体润湿面积显著减小,波谷处液膜厚度显著增加,液膜逐渐收缩为沟流,填料表面的不规则液滴数目增多,干板现象越发严重。液体的聚并和分散轨迹消失,液相再分布及表面更新能力降低。因此,填料表面的非等温降膜流动液膜收缩现象十分明显,降低传热传质能力,需在工业生产中引起足够重视。     

Experimental investigation of maldistribution in vertical plate falling film tower

Falling film towers are popular in process industries due to moderate air side pressure drop, less energy ingesting liquid distribution and easy cleanup features. Two major limitations of falling film towers are the uneven distribution of liquid across solid surfaces (maldistribution) and contraction of falling liquid film on the solid surface (poor wetting). Maldistribution of liquid is primarily dependent on the type of liquid distributor and scope of liquid flow (slit opening) across solid surfaces. In the current communication; the influence of liquid distributor on maldistribution problem for vertical plate falling film tower has been experimentally investigated. Four types of liquid distributors: plain tube, spray nozzle, perforated plate, and branch tube distributor have been tested. Effect of parameters: slit opening, liquid flow rate, and the number of plates on maldistribution are also explored. It is found that branch tube distributor is best suited for vertical plate falling film tower application.     

液固下喷自吸环流反应器流体力学特性

采用改进皮托管测定了液固下喷自吸环流反应器中的液体平均速度及液相湍流强度分布,采用PV4A颗粒浓度速度测量仪测定了固含率分布。试验结果表明:随着液体喷射流量的增大,液体平均速度、液相湍流强度及固含率均增大;在导流筒内液相平均速度近似管流分布,在环隙中的速度分布基本均匀;在导流筒和环隙内固含率沿径向分布均匀。该研究对于下喷环流反应器的放大与优化有重要指导意义。     

基于MUSIG模型的竖直圆管内液氮过冷沸腾数值模拟研究(英文)

Multiple size group （MUSIG） model combined with a threedimensional twofluid model were em ployed to predict subcooled boiling flow of liquid nitrogen in a vertical upward tube. Based on the mechanism of boiling heat transfer, some important bubble model parameters were amended to be applicable to the modeling of liquid nitrogen. The distribution of different discrete bubble classes was demonstrated numerically and the distribu tion patterns of void fraction in the wallheated tube were analyzed. It was found that the average void fraction in creases nonlinearly along the axial direction with wall heat flux and it decreases with inlet mass flow rate and sub cooled temperature. The local void fraction exhibited a Ushape distribution in the radial direction. The partition of the wall heat flux along the tube was obtained. The results showed that heat flux consumed on evaporation is the leading part of surface heat transfer at the rear region of subcooled boiling. The turning point in the pressure drop curve reflects the instability of bubbly flow. Good agreement was achieved on the local heat transfer coefficient aalnst experimental measurements, which demonstrated the accuracy of the numerical model.     

复合多孔表面管竖直管束在液氮中的沸腾传热

复合Gewa-T多孔表面管是在机械加工Gewa-T表面上再覆盖一层烧结多孔层而形成的强化传热管,针对复合Gewa-T多孔表面管竖直单管和管束在液氮池中的核态沸腾进行了实验研究,通过改变管束管间距、热负荷等得到了不同情况下的管束沸腾传热特性.沸腾的最佳管间距与管外径比为1.2,此时管束沸腾特性优于单管.     

椭圆管外液膜流动的数值模拟及传热实验研究Ⅰ：数值模拟研究

针对水平椭圆管降膜蒸发海水淡化的技术特点,在流体力学和传热学理论分析基础上,运用自定义函数（UDF）对FLUENT软件进行二次开发,采用分布参数法建立数学模型,对椭圆管外液膜流动进行了三维数值模拟研究,并与圆管进行对比分析,得出椭圆管截面形状因子对液膜分布和流动形态的影响规律。模拟结果表明,E=1.5的椭圆管具有液膜薄,均匀性好的特点,管表面更易形成柱状流,当入口流速为0.8 m/s时,此椭圆管外液膜分布状态最好。     

相分离概念调控水平管分层流流型

冷凝传热广泛存在于各种冷凝器中,传统冷凝管内厚液膜将蒸汽与冷壁面隔开,是恶化冷凝传热的根本原因。提出采用非能动相分离概念,在冷凝管内设置柱状金属丝网,管壁与丝网之间形成环形间隙。液体在表面张力作用下被捕获到丝网内,气相在环隙内流动,使气液相分布与传热协同。为验证这一新颖学术思想,开展空气-水两相流实验,获得相分离概念调控水平管内分层流实验结果。发现当水平管内具有一定液位高度时,全部液体被捕获到网内流动,管壁完全被气相覆盖,实现“气托液”模式。水平管内液位较低时,部分液体被捕获至丝网内,气相与管壁接触面积增大。按以上相分离方法对分层流的调控,在发生冷凝传热时,预期可实现高强度冷凝传热。     

PE微孔形成微气泡及其理论研究

微气泡制造技术的改进与提高是气浮技术广泛应用的关键。研究了PE微孔膜管在剪切流剪切作用下形成微气泡的条件,从气泡形成机理上分析了膜管孔径大小、气体流量、剪切流流速和表面张力对气泡粒径分布的影响。实验采用静态显微摄像技术对气泡粒径分布进行了表征。实验结果表明,利用PE微孔膜管形成的气泡粒径在40～80μm之间,气泡平均粒径在44.3～60.5μm之间。膜管孔径大小、气体流量、剪切流流速、液相流体的表面张力是影响气泡粒径分布的主要因素。     

新型多级环流反应器流体力学研究

在传统的单级内环流反应器的基础上,对导流筒进行了改进,发展了一种新型多级环流反应器。研究了表观气速、开孔率、反应器底部结构等操作参数对整体平均气含率、局部气含率以及各级环流液速等流体力学行为的影响,从而确定了反应器的最佳结构。文中提出的新型多级环流反应器在石油化工、生物化工和环境工程等多个领域有广泛的应用前景。     

基于丝网探针的螺旋管内气液两相流气泡行为研究

核反应堆蒸汽发生器的传热面由螺旋管束组成。螺旋管的三维螺旋结构使得泡状流和塞状流等气液两相流中的气泡在重力、离心力和浮力等作用下在管道内部呈现不对称的相分布状态,两相滑移速度增大,显著影响换热性能并导致DNB型传热恶化难以预测。实验介质为空气-水,结合自主开发的电导式丝网探针技术并发展先进的数据后处理算法,实现了复杂流场的三维时空重构和离散气泡粒径的精细测量,获得了螺旋管内泡状流和塞状流的截面空泡分布规律。基于研究结果,可根据气泡分布规律对螺旋管道的几何结构进行调整以避免传热恶化,为螺旋管式蒸发器的安全设计提供了基础数据和优化思路。     

基于丝网探针的螺旋管内气液两相流气泡行为研究

核反应堆蒸汽发生器的传热面由螺旋管束组成。螺旋管的三维螺旋结构使得泡状流和塞状流等气液两相流中的气泡在重力、离心力和浮力等作用下在管道内部呈现不对称的相分布状态,两相滑移速度增大,显著影响换热性能并导致DNB型传热恶化难以预测。实验介质为空气-水,结合自主开发的电导式丝网探针技术并发展先进的数据后处理算法,实现了复杂流场的三维时空重构和离散气泡粒径的精细测量,获得了螺旋管内泡状流和塞状流的截面空泡分布规律。基于研究结果,可根据气泡分布规律对螺旋管道的几何结构进行调整以避免传热恶化,为螺旋管式蒸发器的安全设计提供了基础数据和优化思路。