冷却表面影响高湿气流局部凝雾及成膜现象

采用气液两相湍流k-ε模型,通过引入局部冷凝推动力实现两相传热传质的耦合,对冷表面作用下高湿气流的冷凝过程进行了模型研究,并应用CFD方法对模型进行了数值模拟.对恒壁温冷凝管外混合气体在环形空间湍流冷却冷凝的温度分布、湿度分布及其凝雾区间分布的模拟结果显示,凝雾的产生受蒸汽过饱和度控制,而其分布受过程传热推动力影响.基于体系整体不饱和、局部过饱和的热力学非平衡状态,冷凝区间前端主要发生雾状冷凝,在x*＝0.7附近,随着凝雾在冷表面上逐渐积聚成膜,凝雾过程过渡为膜状-雾状冷凝协同作用.相同工况下,由本模型计算得到的冷凝量与高湿气流冷却冷凝现场实验数据的相对误差为±9%,验证了本文的模型与数值模拟.     

磷铵尾气冷凝减排工艺及机理模型

分析了某厂60万t/a磷酸二铵(DAP)生产装置尾气形成"磷铵雨"的热力学机理,提出了DAP尾气资源化循环联产磷酸一铵(MAP)的清洁生产工艺,现场实验证明了此工艺的安全性与可行性.对高湿度DAP尾气冷凝脱湿进行模型研究和数值模拟,引入权重系数α表征雾状冷凝和膜状冷凝并存的权重,现场实验传热传质数据表明:DAP尾气水汽...     

湿工况下平翅片传热传质实验与数值模拟

研究了湿工况下2排错列平翅片管换热器，迎面风速在0.77～3.06 m·s^-1范围内的传热特性：潜热换热量先是随迎面风速的增加而增加，当迎面风速增加到一定值后，潜热换热量受迎面风速的影响很小；与干工况相比，湿工况下空气侧的对流换热系数有所增加。在实验研究的基础上，为降低数值求解的难度，引入了“壁面反应”来模拟水蒸气在冷壁面的相变传热、传质过程，建立了湿工况平翅片管换热器空气侧三维传热、传质的简化模型。得到了湿空气的温度分布及水蒸气组分分布，并用场协同理论就迎面风速对传热、传质的影响进行了分析。将数值计算的结果与实验数据进行了对比，两者吻合很好。     

基于CFD-DPM的陶瓷料浆喷雾干燥过程数值模拟

针对陶瓷料浆喷雾干燥过程中干燥塔内气固两相流动及传热传质复杂,温度场、速度场、湿度场、颗粒直径分布等难于测量问题,基于CFD方法,采用DPM模型描述陶瓷料浆颗粒运动轨迹,构建陶瓷料浆喷雾干燥过程二维轴对称数学模型,并进行了数值模拟.搭建喷雾干燥试验装置,开展了陶瓷料浆喷雾干燥实验,实验测得颗粒直径分布、颗粒湿含量与模拟结果吻合,验证了该模型的有效性.陶瓷料浆喷雾干燥过程数值模拟得到了干燥塔内空气湿度、速度、温度分布,以及颗粒的运动轨迹、湿含量情况,可为陶瓷料浆喷雾干燥塔的优化设计提供理论指导.     

磷铵工业尾气脱湿减排机理及清洁工艺

对磷铵(DAP)尾气冷凝脱湿数值模拟,揭示了DAP尾气传热传质过程为雾冷凝和膜冷凝共存的机理。基于模拟分析,提出了利用DAP尾气资源化循环生产磷酸一铵(MAP)的清洁工艺,现场实验证明了DAP尾气部分冷凝-磷酸降膜蒸发过程耦合技术的可行性。实验结果表明:DAP尾气能量的消减量可替代24万t/a MAP生产装置热能消耗的45%以上,展示了利用DAP尾气资源化循环生产MAP清洁生产技术的前景。     

冷凝液运动行为强化含有不凝气的蒸汽冷凝过程研究

基于场协同机制,对强化含有不凝气体的蒸汽冷凝过程的速度场与浓度梯度场协同作用进行了理论分析,提出利用冷凝液动态行为所产生的气液界面效应来强化混合蒸汽冷凝传热特性新思路.为进一步验证界面效应对气相传质扩散过程的影响,在不凝气摩尔含量为10%以内的混合蒸汽层流流动条件下,对冷凝液沿冷凝表面流动的常规膜状冷凝和冷凝液以液滴滴落方式定向脱离表面的两种排液方式下的膜状冷凝、冷凝液脉动的锯齿形滴膜共存冷凝和完全滴状冷凝四种模式下的冷凝传热特性进行了对比实验,比较分析了冷凝液运动行为影响传热特性的实质.实验结果表明,在不需要增加能耗的情况下,利用重力作用下冷凝液的运动行为产生的剪切作用和附加速度场,对气相边界层内的扩散传质过程能够产生协同作用,可以达到传热传质的无源强化效果.     

滴状冷凝强化含不凝气的蒸气冷凝传热机制

为了深入考察滴状冷凝强化混合蒸气冷凝传热传质过程的作用机制，在竖直表面上设计了完全滴状（DWC）、没有液滴向下脱落运动的条形分割滴膜共存（DFC）和膜状（FWC）3种冷凝形态的实验表面。对纯蒸气及含不凝气蒸气的冷凝传热过程进行了分析和实验研究，结果表明纯蒸气滴状冷凝与滴膜共存冷凝传热特性相近；而对含不凝气的冷凝，滴膜共存表面与膜状冷凝表面的传热特性相近；不凝气摩尔分数分别为0.9%、4.8%时，滴状冷凝较其他两种形态下的冷凝传热系数提高了30%～80%。其主要原因是由于混合蒸气冷凝传热阻力主要由气相边界层控制，滴膜共存冷凝并没有使气相的扩散传质过程得到强化，而完全滴状冷凝与设计的滴膜共存冷凝的区别在于后者仅存在小液滴的合并运动而没有大液滴向下脱落和对表面冲刷过程。根据二者实验结果的分析，认为滴状冷凝的大液滴脱落运动是影响气相传质的主要因素，大液滴脱落过程对气相边界层的扰动和剪切作用强化了气液界面传热传质特性。     

直接热耦合增湿-去湿海水淡化过程数值模拟

直接热耦合增湿-去湿(TCHD)淡化能够利用太阳能等低位热能,特别适合在缺水岛屿和内陆偏远地区应用.发展了非饱和条件下的TCHD过程传热-传质数学模型,结合试验数据建立了TCHD过程蒸发侧气液相间传热系数和冷凝侧与蒸发侧间总传热系数的关联式,通过数值模拟研究了TCHD淡化柱内的湿度,温度,不凝气含量和总传热系数的变化规律,讨论了海水顶温变化对湿度、不凝气含量和总传热系数的影响.     

基于滴膜共存理论热虹吸管冷凝段传热模型

引入滴膜共存冷凝传热理论分析管内存在滴状冷凝的热虹吸管冷凝段传热,将热虹吸管冷凝段传热表示为滴状区和膜状区传热之和建立传热模型。滴状区,以Rose冷凝传热模型计算单个液滴的传热,基于随机分形理论建立了液滴的空间和尺度分布函数,进而求解整个滴状区的热通量。膜状区,根据Nusselt竖壁层流膜状凝结理论进行热通量的计算。通过沟流级别计算滴状区和膜状区的面积比率,从而建立滴膜共存冷凝传热模型。传热模型计算结果与实验结果较为吻合,能够反应热管冷凝段传热本质。     

轻柴油裂解急冷锅炉的结焦机理及模型

作者设计和安装了一套研究轻柴油裂解时急冷锅炉结焦的实验装置.实验表明,轻柴油裂解时,TLE结焦机理为传质、冷凝-表面缩聚反应机理.首次证实了在TLE结焦过程中存在着特定的转折温度.当壁面温度高于转折温度时,传质、冷凝过程为结焦过程的控制步骤;反之,表面缩聚反应过程为控制步骤.根据上述TLE结焦机理,建立了TLE结焦模型.并对工业TLE装置进行模拟,模拟结果与工业实测数据吻合较好.     

中等过冷度下含不凝性气体蒸汽冷凝传热特性

通过对竖直圆管外表面含不凝性气体蒸汽在中等壁面过冷度条件下的冷凝传热实验研究,分析了混合气体压力0.4～0.6 MPa、空气含量0.07～0.52以及壁面过冷度13～25℃时,蒸汽的冷凝换热特性,给出了冷凝传热过程中的经验关联式,并对氦气的存在及其对换热过程的影响进行了初步分析。结果表明：在混合气体压力及不凝性气体含量不变的条件下,壁面过冷度的降低利于冷凝传热系数的增长;所得到的经验关联式在低过冷度条件下能较好地对换热过程进行预测,且其与实验值的误差在±15%以内;实验条件下未发生氦气分层现象,相同不凝性气体质量分数条件下,氦气的存在会使冷凝传热系数降低约20%。     

水平管内含空气蒸汽流动冷凝局部换热特性

通过进行含空气蒸汽在水平管内强制对流冷凝换热实验,结合流型判断结果,详细分析了空气质量分数、混合气流速和压力以及换热管内壁面过冷度对局部冷凝传热系数的影响。结果表明:局部冷凝传热系数始终随空气质量分数的增加而减小,随混合气总压的增加而增大;在环状流下,局部传热系数主要受混合气流速影响;在波状流下,局部传热系数大小由局部空气含量和波状流的发展程度决定;在分层流下,局部传热系数受壁面过冷度影响。     

含空气蒸汽冷凝传热特性数值模拟

根据已有的传热传质关系式,通过CFD软件在控制方程中加载控制方程源项,建立了含空气蒸汽冷凝的数值计算模型,运用此模型对两种实验的共10组工况进行了数值计算。结果表明,计算模型对两组实验在压力、温度、空气含量以及冷凝传热系数的预测方面均有较高的准确度;潜热传热系数及显热传热系数都随着空气含量的升高而减小;在空气质量分数低于50%的工况下,潜热换热是冷凝传热的主导因素;局部潜热传热系数沿传热管高度方向从下至上呈递减趋势,而局部显热传热系数则呈现相反变化。     

低质量流率蒸汽真空水平管内凝结传热特性的实验研究

对换热长度为3.4 m、内径为38 mm的真空水平管内的蒸汽凝结流动换热特性进行了实验研究。分析了蒸汽质量流率小于9 kg/(m²·s),蒸汽饱和温度为50、60和70℃,换热温差为3~7℃时对凝结过程的影响。通过对分层流动冷凝换热机理分析,建立了热分区角计算模型。实验结果表明,热分区角随着质量流率的增加而增加,随着传热温差的增大而增大;饱和温度对管内凝结的局部传热系数和热分区角影响较小。通过以热分区角为分区界限,建立了局部传热系数经验关联式,在预测实验工况下,对于管顶部膜状冷凝区,预测精度在±25%以内;对于管底部冷凝液对流换热区,预测精度在+25%~-35%。     

Condensation of steam with and without the presence of non-condensable gases in a vertical tube

Condensation of steam and steam from non-condensable gases were investigated experimentally inside a vertical tube. The consistency and reliability of the measurements were checked by detailed energy balance. The experimental results show the effect of non-condensable gases on heat and mass transfer resistances in the gas phase of the condensation process. In the steam runs, the gas side heat transfer resistance was very small and the main resistance was due to condensate film. This resistance increased significantly for steam-air runs, particularly toward the top part of the tube. This occurred as a result of accumulation of the non-condensable gases near the surface as the condensation process proceeds, which act as an extra resistance to heat transfer.     

基于膜全热回收的制冷除湿机的实验研究

基于膜全热回收制冷除湿系统是新风独立系统中的一种高效的除湿系统。该系统由高效透湿膜换热器和制冷除湿系统组成。新风和排风在膜全热换热器中进行热质交换。膜换热器回收排风中的全热,同时降低了新风的温度和含湿量。换热之后新风通过蒸发器进行进一步除湿冷却,然后输送到室内。在本研究中,在焓差实验室对基于膜全热回收的制冷除湿样机进行了变工况下的性能实验。研究了在室内温度27℃,湿球温度19℃的条件下,室外空气温度、相对湿度以及空气流量对该系统的除湿能力和COP的影响。实验结果表明膜全热回收制冷除湿系统在高温高湿条件下具有较高的除湿能力和COP。     

内置折边扭带管内高湿气体对流凝结换热与流动特性

对高湿气体在内置折边扭带管内对流凝结换热与流动特性进行了实验研究。分析了壁面温度、水蒸气含量、进口温度、气流速度等对高湿气体对流凝结换热的影响,降低壁面温度、提高水蒸气含量对流和凝结换热均提高,但对强化凝结换热尤其明显。引起扭带管内冷凝液膜状态变化的参数有扭曲比y和扭带与管壁间隙b。y越低气流旋转越强,导致液膜加厚而引起传热量降低和流动阻力增加;b较小时液膜积存在扭带端部,不仅降低传热面积而且无气流穿越扭带端部,b较大时旋转气流能穿越扭带端部,减薄管表面液膜厚度,强化凝结换热。     

风洞真空排气系统直接接触传热过程

某风洞真空排气系统在运行过程中,会产生大量含水蒸气的混合气体。为了提高排气效率降低能耗,本文引入冷凝塔工艺,采用直接接触换热冷凝方式使来流含水蒸气的混合气体降温冷凝。基于微元塔高传质模型,对进入冷凝塔的热流气体与冷却水直接接触换热过程分析,推导出传质系数数学方程表达式。结合实验数据考察了进气压力与冷凝降温排出气体中水蒸气含量的影响,并拟合得到一定温度下进气压力与该气体水蒸气含量的数学表达式;也考察了冷却水质量通量和气液比变化对传质系数、体积传热系数、出气温度的影响,在此基础上拟合得到针对风洞气流直接接触换热气液比与体积传热系数数学关系式,并计算出最优气液比。实验得出的规律对风洞气流的直接接触换热优化设计和应用起到了指导作用。