升膜蒸发管内流型可视化及传热性能

为了探究热流密度、真空度和流量对升膜蒸发器传热性能的影响,以及对升膜加热管内流体流型进行观测和分析,本文建立了升膜蒸发系统传热实验平台,对升膜蒸发器的传热特性和流体流型进行实验研究.实验所用升膜管管长2200mm,升膜管采用镀透明导电膜石英管,工作介质为水;升膜管蒸发侧采用电加热方式;研究了热流密度(6.71kW/m²≤ q≤ 26.79kW/m²)、流量(20L/h≤ M≤ 100L/h)和真空度(0≤ P≤ 15kPa)对升膜加热管流体流型和传热特性的影响.结果表明:通过电加热的方式可以实现石英管内溶液的升膜蒸发,并能观测到泡状流、块状流、弹状流、柱塞流、环状流和雾状流;热流密度低于6.71kW/m²时无法形成升膜蒸发,随着蒸发侧热流密度的增大,升膜管内环状流长度增大,管内传热系数增大;随着流量的增大,升膜管内液体湍流强度增大,管内传热系数增大;真空度对流体流型影响较大.     

水平管内低压蒸汽的冷凝

对水平管内低压蒸汽冷凝现象进行了实验研究.考察了冷却水流量、温度恒定条件下热流密度、蒸汽压力、蒸汽流速对冷凝传热膜系数及总传热系数的影响关系,同时考察了总传热温差、蒸汽进出口温差及压降随热流密度变化的关系.关联出了相应的水平管内冷凝传热膜系数的计算式,计算值与实测值的偏差在±15%以内.     

R290在小管径水平微肋管内凝结换热实验研究

实验研究水平微肋管内R290的两相流凝结换热特性,在内径为4.3 mm,长度为900 mm的铜管内,测得R290在质流密度180—300 kg/(m~2·s)、饱和温度40—55℃、热流密度3—10 kW/m~2以及干度0.9—0.1范围内的凝结换热系数;分析了质流密度、饱和温度、热流密度以及干度对R290凝结换热性能的影响。结果发现:凝结换热系数随质流密度、热流密度的增大而增加,随饱和温度的升高而减小;随着R290的凝结液化,干度减小,其凝结换热系数也随之减小,仅在热流密度过大时出现先增后减现象。并分别采用4种经典的凝结换热关联式预测R290的凝结换热系数,对比实验结果得出Chang等和Yu等的预测精度比较高。     

复合中空热管冷凝侧传热特性

复合中空热管能够有效解决普通重力热管换热设备的酸露点腐蚀问题,在回收低温烟气（<200℃）余热领域有重要的应用。建立了复合中空热管传热实验平台,对复合中空热管冷凝侧传热特性进行了实验研究。实验所用热管管长1080mm,不锈钢材质,工作介质为甲醇;热管蒸发侧和冷凝侧分别采用电加热和水冷却方式,K型热电偶被用于测量管壁温度和冷却水进出口温度,真空压力传感器测量管内蒸气饱和压力;研究了充液率（15%≤V+≤40%）和蒸发侧热流密度（9.48kW/m2≤q≤37.91kW/m2）对冷凝侧传热特性的影响。结果表明：当充液率为20%时,复合中空热管冷凝侧均温性能最好,冷凝侧换热系数最大,传热性能最佳;随着蒸发侧热流密度的增大,复合中空热管有效冷凝长度增大,冷凝侧换热系数增大。实验研究为工业应用提供了基础。     

影响焦炉NO_x生成的数值模拟

选取JN60型焦炉的单对立火道,利用CFD数值模拟,对传热传质过程进行仿真,计算结果与设计值基本吻合。在此基础上改变焦炉热流密度和跨越孔尺寸,从污染物源头降低NO_x的排放,从而指导工程实际。模拟结果表明,热流密度对NO_x影响很大,当热流密度为4 800 W/m~2时,NO_x浓度为742 mg/m~3,当热流密度为7 600 W/m~2时,NO_x浓度为135.1 mg/m~3,降低了约600 mg/m~3;跨越孔开度越大,则内循环率越大,反应区随之增大,反应物消耗速率降低,NO_x生成量减少。     

润湿性对微纳复合结构表面池沸腾换热的影响

为揭示润湿性对微纳复合结构表面池沸腾传热的影响,采用电刷镀工艺和表面改性技术在紫铜表面制备了接触角分别为6.5°和148.6°的超亲水性和超疏水性微纳复合结构,通过实验对比研究了不同表面的饱和池沸腾传热特性,结果表明:(1)超亲水性和超疏水性微纳复合结构的最大换热系数较光表面分别提高了3倍和1.5倍;(2)在q580k W×m~(-2)的低热流密度区,超疏水性微纳复合结构的换热系数最大;当q580 k W×m~(-2)时,超亲水性微纳复合结构的传热性能开始优于超疏水性微纳复合结构;(3)超亲水性微纳复合结构表面的临界热流密度较光表面和超疏水性微纳复合结构分别提高了110%与60%;微纳复合结构显著增加了受热表面的气泡核化密度,而亲水性微纳复合结构的毛细吸液能力要显著强于疏水性微纳复合结构,是临界热流密度增大的主要机理。     

夹套式上升管内荒煤气对流辐射传热的计算

通过理论推导和数值计算,分析了荒煤气在上升管内流动的对流传热和辐射传热问题。基于热平衡方程推导得到上升管内荒煤气流动传热微分方程,考察荒煤气进口温度、内壁面发射率、对流传热系数和斯坦顿数对上升管内壁面温度变化和荒煤气出口温度的影响。采用Matlab软件编制四阶Runge-Kutta计算程序求解,得出上升管内壁温度沿轴线方向的变化曲线和荒煤气的平均传热系数,荒煤气在夹套式上升管中的平均传热系数为30 W/(m^2·K)~36 W/(m^2·K),将此计算结果与他人的成果进行对比,吻合较好,误差为10%左右。结果表明:辐射传热过程主要受内壁面发射率和荒煤气进口温度的影响,内壁面发射率越大,辐射传热量越大;流体速度对对流传热的影响很大,随着流速的增加,对流传热量增大;焦炉在一个炼焦周期内,应该合理控制荒煤气的流量,可避免上升管内壁焦油的凝结;在设计上升管时,增大内壁面的发射率,可以提高上升管的传热效率。     

横槽管内降膜蒸发传热特性的实验研究

为探究不同参数对横槽管内降膜蒸发传热特性的影响规律,搭建了竖管降膜蒸发实验平台,开展了降膜蒸发传热实验,对光滑管与横槽管进行对比研究.在单位周边流量Γ=0.15-0.75 kg/(m·s),传热温差AT=10-16 K,热流密度q=12-36 kW/m2,二次蒸汽雷诺数Rev=1.5×104-4.5×104的范围内,测...     

基于CFD缩放管管外相变传热的数值模拟

文章利用Fluent软件对缩放管和光滑管管外相变传热进行了数值模拟,分析了质量流量、热流密度的变化对螺旋管管外沸腾换热系数的影响。模拟得到了缩放管管外饱和泡状沸腾过程中体积含汽率的分布规律和换热系数;并和光管进行了比较,结果表明缩放管外侧能够很好的强化沸腾传热。     

氯化钠水溶液膜蒸馏过程的传质传热数值模拟

利用自制管式煤基炭膜开展膜蒸馏氯化钠溶液(模拟海水)的研究。在实验的基础上,采用计算流体力学方法进行模拟,用C语言编写UDF后代入FLUENT软件,结合实验数据计算得到相关传质过程参数。二维传质模拟结果表明,沿流体流动方向,管内浓差极化因子逐渐增大、传质系数降低;在料液入口温度为60℃、浓度10 g/L时,随着流量的增加,传质系数增大。三维传热模拟结果表明,在料液流量40 L/h、温度60℃、质量浓度20 g/L情况下,沿流动方向,膜管内压力降低,管中心速度增加,温度降低;边界层充分发展后,管内速度分布基本保持不变。     

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...     

蒸发冷却器的传热性能及其设计方法(续一)

<正> 四、传热膜系数和传质系数的计算 1.管内流体冷却时的传热膜系数h_L 水科笃郎(2、4)认为可按常用的圆形直管公式计算: N_u=0.023R_(eL)~(0.8)P_(rL)~(0.4) (31) 式中N_u=(h_iD_i)/λ_L;R_eL=(10~3D_iWγ_L)/Z_L; P_(rL)=(3.6C_pZ_L)/λ_L, h_L—管内流体的传热膜系数,k_(cal)/m~2·h·℃, D_1—管内径,m, λ_L—流体的导热系数,kcal/m·h·℃, W—流体在管内的流速,m/S,     

2t/d多效真空膜蒸馏海水淡化中试实验研究

研制了一台2 t/d多效膜蒸馏与多级闪蒸耦合的海水淡化中试装置,开展了中试性能测试和条件实验研究,分析了操作温度、效间温差、真空度、料液温度、流量、浓度等因素对系统性能的影响。实验结果表明,操作温度从60℃升高到80℃,效间温差从4.5℃增大到8.0℃,产水负荷分别增大12.7%和减少9.5%;料液温度从75℃升高至90℃,产水负荷指数增大55%,膜通量从3.95 kg/(m~2·h)增大至6.12 kg/(m~2·h);渗透侧真空度从70 k Pa增大至82 k Pa,产水负荷线性增大25%,造水比减小4.5%。此外,料液流速和料液浓度对产水性能的影响相对较弱。     

明珠号生产污水系统的微气泡旋流气浮选改造

明珠号FPSO生产污水流程不稳定,加气浮选器效率低,抗波动能力差,难以保证最终出水含油达标。对现有气浮设备进行微气泡旋流气浮选改造,制备出气泡粒径为5~10μm的溶气水。通过调试,当运行流量为110~120 m~3/h,运行压力为50~80 k Pa,溶气水注入流量为1#罐体1.3~1.8 m~3/h、2#罐体2.0~2.5 m~3/h、3#罐体2.0~2.5 m~3/h、4#罐体2.3~2.8 m~3/h,溶气水注入压力为400~500 k Pa,浮选剂投加质量浓度为30~40 mg/L,清水剂投加质量浓度为15~20 mg/L时,能够在入口油质量浓度100 mg/L的条件下使出口油质量浓度30 mg/L;当入口油质量浓度100mg/L时,除油率70%。     

环形小通道内水单相换热特性的实验研究

采用自行设计的环形小通道换热装置,对双面加热环形小通道内单相水处于流动充分发展下的对流换热特性进行了实验研究,通过热电偶、流量计测量内外壁面温度、水温和水流量,分析单相水处于不同热流密度下内外壁面热流密度、流量与对流传热系数之间的关系特性,结果表明:通道内外壁单独加热时的壁面对流传热系数均随加热热流密度的增大而增大,当加热热流密度一定时,内壁面对流传热系数随流量的增大而增大,外壁面对流传热系数随流量的增大变化不明显;内外壁同时加热时,随着内、外壁加热热流密度比的增大,内壁面的对流传热系数先减小后增大,而外壁面的对流传热系数一直增大。     

半周加热横纹管内熔盐强化传热特性

半周加热太阳能吸热器管给管内对流传热系数带来影响,基于此,建立半周加热横纹管内熔盐对流传热的实验台和数值计算模型,分析横纹管槽宽、槽深对管内熔盐传热性能的影响规律,结果表明：从横纹管绝热侧到加热侧,周向管内壁温度逐渐升高,周向管内局部Nusselt数先减小后缓慢增大至稳定。横纹管凹槽处轴向管内壁温度明显低于平滑段,凹槽处轴向管内局部Nu较大,凹槽后与平滑段交界处管内局部Nu最小。横纹管槽越宽,加热侧轴向管内局部Nu越小,管内平均Nu越小,传热综合性能评价因子PEC越大。横纹管槽越深,轴向管内局部Nu越大,管内平均Nu越大,传热强化倍数Nu/Nu _ST越大。槽宽对横纹管PEC的影响比槽深明显,槽深对横纹管内Nu/Nu _ST影响比槽宽大。通过线性拟合得到半周加热横纹管内熔盐传热Nu的关联式,其计算Nu与模拟值最大偏差在±7%以内。     

一种新型变截面换热管强化传热性能

针对工程中广泛存在的管内层流换热传热系数低的问题进行了强化传热研究,并在传热强化理论的指导下,开发了一种新型变截面换热管。分别建立不同参数下的新型变截面换热管和普通圆管模型,采用大型CFD分析软件FLUENT借助数值模拟的方法,研究新型变截面换热管结构对管内层流换热的影响。研究结果表明,该新型变截面换热管在层流情况下可较大程度地强化管内换热,而其流阻增加较小,具有良好的综合强化传热性能。在本文研究的范围内,变截面换热管的Nu和η均随L1/di或L2/di的减小而增大,且η2.22。计算结果为强化管内层流换热提供了一定的指导和理论依据。     

半周加热横纹管内熔盐强化传热特性

半周加热太阳能吸热器管给管内对流传热系数带来影响,基于此,建立半周加热横纹管内熔盐对流传热的实验台和数值计算模型,分析横纹管槽宽、槽深对管内熔盐传热性能的影响规律,结果表明:从横纹管绝热侧到加热侧,周向管内壁温度逐渐升高,周向管内局部Nusselt数先减小后缓慢增大至稳定。横纹管凹槽处轴向管内壁温度明显低于平滑段,凹槽处轴向管内局部Nu较大,凹槽后与平滑段交界处管内局部Nu最小。横纹管槽越宽,加热侧轴向管内局部Nu越小,管内平均Nu越小,传热综合性能评价因子PEC越大。横纹管槽越深,轴向管内局部Nu越大,管内平均Nu越大,传热强化倍数Nu/Nu_(ST)越大。槽宽对横纹管PEC的影响比槽深明显,槽深对横纹管内Nu/Nu_(ST)影响比槽宽大。通过线性拟合得到半周加热横纹管内熔盐传热Nu的关联式,其计算Nu与模拟值最大偏差在±7%以内。     

超临界CO2/R41混合工质小管径管内流动传热

采用CO_2/R41(氟甲烷)混合物作为一种新型的传热工质,建立其在小管径管内冷却过程的物理模型,并通过数值模拟研究了不同压力、管径和混合比例对管内流动传热的影响。通过对比超临界流体模拟中常用的湍流模型,得到RNG模型能更好地应用于超临界混合工质的管内流动传热过程的数值模拟。结果表明压力对CO_2/R41混合工质的换热系数影响显著,其工况越接近临界点换热系数越大;超临界混合工质的管内换热系数极值随着管径的减小而增大,2 mm光管的换热系数极大值相较4 mm和6 mm光管分别增加了14.4%和30.7%,并且流动传热的均匀性更好,但是Nu数较低;6.5 MPa下的CO_2/R41(20/80)相较于8.0 MPa下的纯CO_2,其管内最大换热系数提高了26.4%。