水平蛋形管降膜蒸发器管外液膜铺展数值模拟

水平异形管与圆管相比,具有管外液膜成膜排数多、液膜流动稳定和传热性能好等优点。对柱状流下水平管降膜蒸发器管外液膜流动进行三维数值模拟,分析椭圆率、喷淋高度和横截面尺寸对蛋形管管外液膜铺展的影响。结果表明:蛋形管管外液膜铺展分为喷淋区、平稳区、叠加区与脱落区。液膜厚度随轴向位移Z增大而增大;当Z=0—6 mm时,液膜厚度随椭圆率变大出现先下降后上升趋势;当Z=8—10 mm时,液膜厚度随椭圆率变大而减薄,波动幅度最大值为26.13%。喷淋高度对液膜厚度影响较小,波动幅度最大值为10.53%。当Z=0,4,6 mm时,液膜厚度随横截面尺寸变大而增厚;当Z=10 mm时,随周向比例系数增大,液膜厚度随横截面尺寸变大出现先上升后下降趋势。     

椭圆管外液膜流动的数值模拟及传热实验研究Ⅱ:实验研究

在椭圆管外液膜流动数值模拟的基础上,对椭圆管外的液膜厚度和传热性能进行了实验研究.研究结果表明:椭圆管外液膜厚度的模拟计算与实验结果基本吻合,误差约8％,可见数值模拟方法正确;长短轴比为1.5的椭圆传热管的传热系数比圆管提高20％ ～ 22％,可见椭圆管型强化传热明显.     

异型管曲率对气液膜分布及凝结换热特性的影响

基于双膜理论及边界层理论,建立了圆管、椭圆管、滴形管的管外气、液膜厚度及传热系数的数学模型。以圆管传热系数为依据进行了模型验证,计算结果与实验值的平均偏差约为6%,基本符合工程实际要求。在给定条件下,通过对不同曲率下各管型管外传热系数的计算,得到了气、液膜厚度的分布规律及换热特性。结果表明：在有效换热面积相同时,三种管型的气、液膜厚度,传热系数在一定角度下,随曲率的增大而增大;当曲率相同时,椭圆管传热系数最大,圆管最小。同时,分析了不同管型及其曲率对气、液膜排泄的影响机理和分离机理。为强化换热提供一定理论指导。     

倾斜管式蒸发冷凝器管外液膜的三维数值研究

利用Fluent软件对倾斜椭圆管式水膜蒸发冷凝器管外成膜情况进行了三维数值模拟,分析了喷淋流量、布液器与侧壁间距及周向角度等参数对管外液膜厚度和分布的影响。结果表明:管外液膜沿管壁向下侧壁面方向发生偏移,使远离上侧壁面的位置更易铺展成膜,近上侧壁面的椭圆管底端易产生干斑;随着布液器与壁面间距的减小,流体在上、下侧壁上的分流现象随之明显;喷淋流量一定时,周向液膜厚度分布先减小至周向90°位置后开始增大。     

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。     

半椭圆管水平降膜的传热特性

为提高降膜流动过程中的传热效率,搭建水平降膜传热性能测试装置,以水为系统循环工质,实验研究热流密度(0—5 582 W/m~2)、喷淋密度[0.14—4.16 kg/(m·s)]和喷淋温度(20—40℃)对单根半椭圆管水平降膜管外传热系数分布和变化规律,并与相同管截面外周长圆管、椭圆管对比。结果表明:随着热流密度、喷淋密度和喷淋温度的增加,半椭圆管水平降膜管外平均传热系数不断增大,喷淋密度较小时,传热系数增加速率更大;沿管管截面圆周向角方向,半椭圆管、椭圆管和圆管的水平管外降膜传热系数变化趋势基本一致,先明显减小,最后略微增大;半椭圆管比圆管、椭圆管的水平降膜管外平均传热系数更高,具有重要的工程应用价值。     

R1234ze(E)与R134a在水平强化管外降膜蒸发实验对比

为研究HFOs制冷剂R1234ze(E)与HFCs制冷剂R134a在Y型翅内螺纹双侧强化管管外降膜蒸发的换热性能,搭建了水平管降膜蒸发换热性能测试实验台,分别在不同的管内水速、喷淋密度、热流密度以及蒸发温度条件下进行了实验,利用Wilson-Gnielinski图解法分离管内外的换热系数,得到了2种制冷工质管外降膜蒸发时的换热特性。实验数据分析表明:该强化管管内换热的强化倍率为2.34,2种制冷剂的总传热系数K和管外换热系数h_o均随着制冷剂喷淋密度的增加呈现先升高再略有降低的趋势;随热流密度的增加呈现降低趋势;随蒸发温度的增加呈现增加趋势,但变化量较小。R1234ze(E)的管外降膜蒸发换热系数略高于R134a。     

水平管外壁液膜流动状态及其对传热的影响

采用智能化薄膜厚度测试仪对水平管外液膜流动状态进行了研究 ,得到液膜厚度的几率分布和平均厚度 .液膜的平均厚度不仅随液体负荷的增加而加大 ,而且与管外壁不同角度有关 ;液膜的波动状态受制于液体负荷与管径的共同影响 .定义了量纲 1波高 ,并通过实验数据回归得到量纲 1波高的经验关系式 .还进行了初步的传热实验 ,得到水平管外蒸发侧传热膜系数随量纲 1膜厚和量纲 1波高的变化 ,为进一步揭示蒸发侧传热的决定因素提供实验依据     

水平降膜管外液膜厚度分布

研究了液膜流动破裂的基础机理,构建了考虑表面张力、重力、惯性力及剪切应力等因素的液膜动力模型,采用边界层积分法,引入含有三次项剪切力项的速度分布函数,推导二维稳态水平管外环向液膜的厚度方程.通过数值方法求解该厚度方程,得到水平管外环向液膜厚度的分布规律.结果表明,随环向角度增大,环向液膜厚度先减小后增大,最薄液膜位置角在环向90?之后,且流量、剪切应力系数与管径等因素不改变环向液膜厚度的分布趋势,改变了环向最薄液膜位置角.最薄液膜位置角随流量增大、剪切应力系数减小及管径减小而增大.表面张力是影响环向液膜稳定性不可忽略的因素.     

半椭圆管水平降膜液膜厚度影响因素研究

为研究半椭圆管在水平降膜蒸发时各参数对液膜厚度的影响与液膜分布规律,搭建了单根水平降膜液膜厚度拍摄实验台,用图像差值法研究了热流密度、喷淋温度、布液高度、喷淋密度对液膜厚度的影响,并比较了相同工况下不同管型的液膜厚度。研究结果表明:随着热流密度增加,平均液膜厚度减小;随着喷淋温度增加,液膜厚度减小;随着布液高度的增加,平均液膜厚度逐渐减薄,在布液高度很小的时候,换热管上部容易积液;随着喷淋密度的增加,平均液膜厚度逐渐变厚;对于截面周长相同的圆管,椭圆管和半椭圆管,在相同工况下,所有管型的换热管的液膜厚度在周向角上都存在一个最薄点,最薄点出现在90°附近,且半椭圆管的平均液膜厚度最薄。     

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响。结果表明：沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部“干涸”和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移。     

垂直管内降膜载气蒸发的研究

在蒸发的降液膜表面引入惰性载气,可以有效地强化降膜蒸发传热。研究了液体流量、载气流量、壁面热负荷及料液物性等对降膜载气蒸发传热的影响。建立了数学模型,并进行了数值求解。实验结果表明,采用降膜载气蒸发,可提高传热膜系数,降低壁面过热度。还将模型计算结果与实验结果进行了比较。     

LNG绕管式换热器壳侧降膜沸腾数值模拟研究

使用ANSYS Fluent商用软件下的VOF模型,对天然气液化工艺中所用的绕管式换热器壳侧降膜沸腾过程进行了数值模拟。结果表明,当壳侧入口干度x ≤ 0.10时,VOF模型能较好地模拟壳侧沸腾换热现象,准确地预测出沸腾换热系数与冷剂质量流率间的关系。降膜流状态下,汽、液相流速较低,摩擦压降较小,换热管壁面基本被液膜覆盖,液相冷剂在受热壁面汽化后进入壳侧流道,流道内以汽相为主。壳侧既有竖直向下的主流运动,又有较为微弱的螺旋环流,同时大量的汽相将在壳侧顶部涡旋滞留。     

矩形微通道中环状冷凝的三维数值模拟

建立了恒热流边界条件下矩形微通道中环状冷凝过程的三维模型。通过求解气相和弯月面区动量和质量方程及薄液膜厚度方程,得到了弯月面毛细半径分布、冷凝液膜厚度分布,以及传热系数和壁面温度分布。薄液膜区液膜将沿程逐渐增厚,到达一极值后再逐渐变薄。在通道截面中,薄液膜区的传热系数大于弯月面,最大局部传热系数及壁面最高温度皆位于薄液膜区和弯月面的连接处。[JP2]在冷凝起始段,通道横截面平均传热系数沿程急剧减小至一极值;在此之后的很长一段距离内,则基本保持不变;[JP]直至接近环状冷凝终点时又再次沿程减小。     

Evaporative Heat Transfer of Annular Two-phase Flow of Air-water in a Small Vertical Tube

The evaporative heat transfer of the non-boiling annular two-phase flow of air-water in a small vertical tube with uniform wall heat flux was studied both theoretically and experimentally. A simplified two-phase flow boundary layer model was used to calculate the thickness of the water film attached to the wall, and from the liquid film thickness the evaporative heat transfer coefficients of the annular two-phase flow were obtained. Theoretical equations and semi-theoretical equations were proposed for predicting the evaporative heat transfer of the annular two-phase flow of air-water in a small vertical tube. The semi-theoretical prediction agrees well with the experimental data. The mechanism of the heat transfer enhancement is the evaporation of the thin liquid film attached on the wall.     

Evaporative Heat Transfer of Annular Two-phase Flow of Air-water in a Small Vertical Tube

The evaporative heat transfer of the non-boiling annular two-phase flow of air-water in a small vertical tube with uniform wall heat flux was studied both theoretically and experimentally. A simplified two-phase flow boundary layer model was used to calculate the thickness of the water film attached to the wall, and from the liquid film thickness the evaporative heat transfer coefficients of the annular two-phase flow were obtained. Theoretical equations and semi-theoretical equations were proposed for predicting the evaporative heat transfer of the annular two-phase flow of air-water in a small vertical tube. The semi-theoretical prediction agrees well with the experimental data. The mechanism of the heat transfer enhancement is the evaporation of the thin liquid film attached on the wall.     

管形对水平管降膜圆周膜厚和Nusselt数的影响

针对海水淡化系统的水平管降膜蒸发,建立了二维数值模型,分析了光滑圆管和6种不同截面形状的蛋形管外降膜流动及传热特性。采用VOF方法考察了不同管型对管外液膜分布和传热特性的影响。数值结果表明:蛋形管外液体沿周向流动较圆管稍快,且可获得更均匀更薄的液膜;液膜厚度随半轴比ε增大而减小,随周向先逐渐减小后迅速增加,圆管和蛋形管的液膜最小值分别出现在周向相对坐标0.69和0.70~0.84附近。蛋形管的膜内量纲1温度较圆管的小,其热边界层厚度较薄,具有更好的传热性能。拟合数据得到,ε为2.4的蛋形管具有最好的传热性能,其Nusselt数可达0.32,较圆管的高出12.68%。最后,将数值模拟结果与文献中的数据进行了对比,验证了数值模型的可行性和合理性。     

新型液体管外降膜布膜装置的实验研究

在吸收器内改善换热管的布膜效果,可以显著提高吸收器的传热传质系数。基于此提出了一种新型垂直管外布膜装置,并进行了实验研究和理论分析。考察了液体布膜装置的环隙内径,螺旋沟槽通道的数目、结构参数的选择,及其对布膜效果的影响。实验结果表明:液体布膜装置的最佳环隙间距为0.6—1.0 mm,螺旋沟槽的数目3—5个,螺旋沟槽的横截面积根据管径的大小和壁厚在1—4 mm2中选择,可以快速均匀地布膜。利用实验数据回归了液体在螺旋沟槽通道内的流量系数和雷诺数的关联式。