外波纹管管外降膜流动过程液膜厚度及速度分布特性

针对外波纹管管外降膜流动过程,采用实验结合数值模拟的方法,考察了液体喷淋密度、管间距和管径变化对液膜厚度周向分布的影响,并与光滑管进行了比较,同时分析了外波纹管管外液膜速度分布特性。结果表明:光滑管外液膜厚度由上至下沿周向呈先减小、后增加的趋势,在90°～120°之间液膜最薄;外波纹管去除波纹间凹槽内的液体后,波纹外的液膜厚度数值及其周向分布规律与相同直径的光滑管相似,周向平均液膜厚度随着液体喷淋密度的增加、管间距及管径的减小而增大;液膜沿周向分布的均匀程度及流动速度大小均与液膜厚度有关,波纹外液膜沿周向分布的不均匀性随着液膜厚度的增加而增加,气液界面处的液体速度沿周向分布规律与液膜厚度分布规律相反;相邻两波峰间凹槽内的液体存在局部循环流动。     

水平管外降膜厚度分布规律的数值模拟研究

液膜厚度分布规律对水平管降膜蒸发过程有重要的影响。本研究建立了水平管外降膜流动的CFD模型,通过模拟不同入口流速、管径大小的液膜厚度来研究冷态情况下管外液膜厚度的影响因素及其沿环向角的分布规律。模拟结果表明:对于固定管径,液膜厚度随着入口速度的增大而增大;在入口速度一定时,管外液膜厚度在管顶区域较大,在周向105°附近达到最小值;且液膜厚度随着管径的增大而缓慢减小,当入口速度减小到一定程度时,管壁会出现"干涸"现象。     

水平螺旋槽管壁面液膜传热特性的研究--流体性质对液膜厚度的影响

考虑到薄膜表面张力和重力的影响,利用流体力学的基本方程建立了小流量液体在水平螺旋槽管外管壁形成壁面液膜的流动和强化传热的拟线性模型,得到了液膜厚度的解析表达式,进而分析了流体性质对壁面液膜厚度的影响。结果表明：对于同一种喷淋液体水,随着温度的升高,液膜厚度受表面张力和槽道表面曲率的影响逐渐减弱,液膜厚度趋向于均匀一致,具有更好的传热传质性能;用水作喷淋液体和煤油、原油相比较,有其特殊的优点,所以工业上常用水作为喷淋式换热器的喷淋液。     

水平管外降膜蒸发传热实验研究

以水为工质,对直径为19 mm的铝黄铜管外降膜蒸发传热过程进行实验研究。实验通过测量管表面和饱和蒸气温度,计算得到平均和局部传热系数。由实验数据分析喷淋密度、蒸发温度、热流密度、管间距等参数对管外平均传热系数的影响,并与直径25.4 mm铝黄铜管降膜蒸发传热系数进行比较,讨论局部传热系数随周向角度的变化。结果表明,在实验范围内,管外平均传热系数随温度的升高而增大,随喷淋密度的增大先增大,后略微下降。小管径管的降膜蒸发传热系数大于大管径管的传热系数。     

水平螺旋槽管降膜流动和传热特性研究

对水平螺旋槽管壁面降膜形成及传热特性进行了理论和实验研究,得到了液膜厚度及速度的解析及数值解.结果表明,降膜液膜特性主要受槽道结构和液膜表面张力控制.管壁温度沿周向向下逐渐升高,而且在定热流密度下保持不变,而液膜温度则沿周向逐渐上升.相比光管,螺旋槽管降膜具有更高的传热系数.     

水平刻槽管壁面二元溶液升膜蒸发传热试验研究

对水平刻槽管壁面二元溶液升膜形成过程进行了分析.在同一热流密度下,不同升膜工质在管壁面的分布状态也不相同.由于刻槽管特殊的几何结构,液膜表面能实现欠热蒸发和过冷沸腾.实测了水平刻槽管壁面水和不同质量分数的NaCl溶液液膜内温度分布、周向换热系数和厚度分布.试验结果表明:NaCl溶液比水更易形成升膜,并且升膜的速度比水的大,所以换热效果比水的好,溶液质量分数对换热系数和温度分布存在影响.质量分数越大,溶液的换热系数也就越大,液膜内的温度变化也就越明显.对于一定质量分数的溶液,溶液的换热系数只与液膜的厚度分布有关.     

逆向气流条件下半椭圆管外水平降膜厚度分布研究

为研究半椭圆管水平降膜厚度的分布规律,搭建逆向气流条件下水平降膜实验平台,并结合数字图像处理技术,研究逆流风速(0～5 m/s)和喷淋流量(0.025～0.221 L/min)对液膜厚度的影响。研究表明:逆向气流会对管外水膜产生影响,并存在临界速度;当逆流风速低于临界速度,液膜厚度沿圆周方向先减小后增大,与无空气流动时相似;当逆流风速超过临界速度时,液膜分布严重不均甚至被吹飞;随着逆流风速增大,平均液膜厚度先增大后减小;随着喷淋流量增大,平均液膜厚度持续增大;当喷淋流量减小、逆流风速增大时,平均液膜厚度减小。     

基于水平圆管外加装排液板降膜流动的数值模拟

为了研究排液板对水平圆管外降膜流动与传热的影响,建立了水平圆管底部加装排液板的物理模型,采用流体体积函数(VOF)模型对其管外降膜流动进行了数值模拟,并将数值模拟结果与文献中的实验数据进行了对比.结果表明:加装排液板的水平圆管的平均液膜厚度比未加装排液板的水平圆管薄,管壁局部Nu大,排液板起到加速排液及减薄液膜的作用,有利于强化传热;排液板高度越大,管外同一周向角位置处的液膜厚度越薄,管壁局部Nu越大;排液板厚度较小或者较大都不能有效发挥加速排液的作用.     

水平管降膜流动的三维数值模拟

采用VOF方法对水平管外液体降膜流动进行了三维模拟,研究在绝热情况下单根管外液膜流动随时间的变化特征。分析了管外液膜流动瞬态的5个阶段,即自由下落区、冲击区、发展区、充分发展区和尾流区的特点,以及水平管外稳定液膜厚度分布规律。结果表明,液膜厚度在120°附近最薄,管壁上半部分的液膜厚度要大于管壁下半部分液膜厚度。     

低温地热双循环式发电系统横管喷淋降膜蒸发器传热性能实验研究

以R245fa为工质,搭建有机朗肯循环（ORC）发电系统横管喷淋降膜蒸发器传热测试平台,研究有机工质喷淋密度,地热水初温及流率等因素对管外换热系数的影响。实验结果表明：随着有机工质喷淋密度、地热水初温、地热水流率的增大,传热系数均先增大后减小。最后,根据实验结果,对现有横管喷淋降膜蒸发器的管外传热系数经验公式的参数进行修正。     

竖直圆管内R113的降膜换热特性数值模拟

为开发适用于低温热源的高效降膜蒸发换热装置,本研究采用FLUENT软件对低沸点有机工质氟利昂(R113)在竖直管内汽液两相逆流降膜蒸发进行模拟研究。汽液界面捕捉选用VOF模型,并通过udf编程模拟汽液两相蒸发传热,研究了喷淋密度、热流密度及入口温度对R113降膜蒸发换热的影响。结果表明:在一定结构参数下,存在降膜换热最佳喷淋密度;在一定喷淋密度下,热流密度对降膜换热影响显著,且热流密度越高换热效果越好;随着入口温度升高,降膜换热效果削弱,且高于某温度后其对降膜换热几乎没有影响。     

水平管降膜蒸发器传热传质实验研究

水平管降膜蒸发器因传质传热系数高而被广泛应用于淡化水处理中。搭建了水平管降膜蒸发传热实验台,通过对实验结果的归纳,得到了水平管降膜蒸发器的蒸发量随喷淋密度、蒸发温度、热通量的变化规律及热量利用率随蒸发温度的变化规律。结果表明,热通量范围不同时,蒸发量随喷淋密度的变化规律不同;蒸发量随热通量的增大而增大,随蒸发温度的增大而增大;热量利用率随蒸发温度的增大而增大。     

直喷汽油机附壁油膜特性试验研究

运用激光诱导荧光法(LIF)定量分析了缸内直喷汽油机单孔喷油器喷雾撞壁的二维油膜特性。研究发现:燃油在壁面上向油膜铺展的方向聚集,并在边缘形成较厚的油膜。高喷射压力有助于形成质量较小且厚度较薄的油膜,同时减小喷射脉宽能进一步降低燃油附壁率。增加撞壁距离能同时减小油膜质量和油膜面积,然而油膜的平均厚度并未减小,对油膜蒸发并没有明显的促进作用。将喷射角度从15°增加到45°能够显著减少油膜质量和平均厚度。     

竖直螺旋槽管壁面液膜在蒸发/冷凝时的传热特性的研究

研究竖直螺旋槽管壁面液膜在传热条件下的液膜形成及流动特性，建立了单组分流体的物理和数学模型并得出解析解，且分析了壁面液膜在蒸发，冷凝及无热传输时的液膜厚度分布及速度分布，结果表明，液膜的形状主要受表面张力影响，在表面内弯处流膜较厚，而在槽道起始部液膜较薄，相对于光滑直管，竖直螺旋槽管壁面液膜具有均匀的厚度分布和更好的传热传质性质，特别在冷凝时壁面液膜更薄且分布更加均匀。     

背压对敞口型旋流喷嘴液膜特性影响的数值研究

背压对空气物性影响较大,使喷嘴液膜受到的气动力发生大幅变化。采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法对比3种常见液体工质和3种喷嘴尺寸,研究背压对雾化锥角、液膜厚度、旋流强度、液膜表面自激励不稳定性以及液膜形态的影响。结果表明：雾化锥角随背压增加而减小,其中部分喷嘴当背压达到某定值后,雾化锥角小幅波动;选用正庚烷或正十二烷为工质时,液膜厚度随背压增加而增加,达到一定背压后,3种液体液膜厚度呈小幅波动;旋流强度随背压变化无明显规律性;液膜自激励不稳定性随背压增加而降低;因水的表面张力较大,各雾化参数较为稳定;液膜形态与韦伯数呈明显规律性,背压越小韦伯数越大,液膜形态也更趋近于完美圆锥形;以正十二烷为工质时,其液膜形态在大背压下明显收缩,呈洋葱形,其余工质的液膜形态随背压增加,均逐渐从空心圆锥转变为郁金香形。     

气汽混合流体凝结液膜传热特性研究

液膜厚度对凝结传热具有较大影响,且传热管管型影响着凝结液膜形成及排除。为了通过改变管型降低液膜厚度达到强化传热的目的,对圆管、椭圆管及滴形管等三种管型凝结液膜建立了相应的物理及数学模型,并计算了液膜沿管壁的厚度分布及传热系数;分析了三种管型对液膜传热的影响。结果表明:在气汽混合流体凝结传热过程中,不同管型其凝结液膜厚度差别较大;壁面温度和混合流体速度对液膜传热均有影响;相同条件下滴形管管壁上所形成的液膜,其平均厚度较薄,传热系数较高,因此滴形管传热性能优于其他管型。     

喷雾撞壁油膜流动的研究

对燃油喷雾撞壁形成的油膜运动进行了三维数值模拟计算 ,在应用边界层理论建立的油膜流动模型中将油膜视为极薄湍流边界层 ,考虑了雾滴与壁面油膜的相互作用、油膜蒸发、卷吸、与气体间的传热传质等物理过程 ,通过对已有试验数据的比较 ,分析了平均油膜厚度、速度、喷雾粘附比、卷吸量等变化及其影响因素 ,预测结果与试验结果相符 ,计算结果表明喷射撞壁后液滴的质量、动量和能量分布是决定油膜动力学特性的主要因素     

喷淋塔内塔壁液膜脱硫的模型研究

石灰石/石膏湿法烟气脱硫喷淋塔中塔壁液膜区的形成不可避免,因此需要对其脱硫机理进行研究.将塔壁液膜的流动分为层流和波动层流2种状态,并分别考虑在这2种状态下液膜对SO2的吸收,建立了塔壁液膜脱硫过程的数学模型.模型中涵盖了SO2的吸收、石灰石的溶解、亚硫酸根的氧化和石膏的结晶4个主要的脱硫反应控制步骤,模型计算结果与试验数据吻合较好.