异形管蒸发式冷凝器的性能与工业应用

提出了弹形管和扭曲管提升蒸发式冷凝器性能,测试了冷却水喷淋密度和风速对传热与能耗性能的影响,并与圆管进行了对比.结果表明,水喷淋密度和空气流速对蒸发式冷凝器性能均有重要影响,适宜传热的水喷淋密度为0.05～0.065 kg/(m·s),适宜的风速为2.6～3.4 m/s;弹形管比圆管的传热系数高9.2%～19.0%而能耗低2.6%～4.9%,扭曲管比圆管的传热系数高18.0%～33.1%同时能耗高2.6%～4.9%.以实验结果为基础,将蒸发式冷凝器在工业中应用,起到良好的节能节水效果.     

基于扁管的蒸发式冷凝器管外传热传质特性研究

强化蒸发式冷凝器管外传热传质可有效降低系统能耗，利用Fluent软件，结合自编译程序及组分输运模型对扁管蒸发式冷凝器管外传热传质过程建模，选取了等周长圆管模型进行比较，研究了二者传热传质性能的差异。通过研究管外液膜厚度及速度，以及管外温度分布和含湿量的变化规律，对比了扁管和圆管的平均表面传热系数，结果表明扁管的平均表面传热系数于圆管提升了9.04%。模拟了风速从1.5 m·s^-1变化至3 m·s^-1以及喷淋密度从0.15 kg·m^-1·s^-1增加至0.3 kg·m^-1·s^-1时对扁管式蒸发式冷凝器换热的影响，得到随着风速及喷淋密度的增加其平均表面传热系数分别增加了5.68%和30.26%。对扁管式蒸发式冷凝器管外的传热传质特性的研究为其应用提供了理论指导。     

润滑油对2种水平管降膜蒸发传热特性的影响

对R134a在光滑管和强化管管外降膜蒸发时,润滑油对换热特性的影响进行实验研究。蒸发温度为6℃,含油率分别为0.5%,1.2%,5.1%,工质喷淋密度分别为0.13,0.17,0.21 kg/(s·m)。结果表明:对于光滑管,管外换热系数随含油率的增加而增大;对于强化管,在低喷淋密度下,管外换热系数随含油率的增加先增大后减小,在高喷淋密度下,含油率的变化对管外换热系数影响不明显。在较高含油率下,光滑管存在一个最佳喷淋密度使管外换热系数达到最大,强化管管外换热系数受喷淋密度的影响较小;在较低含油率下,光滑管管外换热系数受喷淋密度的影响不明显,强化管管外换热系数随喷淋密度的增加先增大后减小。     

钢质管型对蒸发式冷凝器传热的影响

蒸发式冷凝器是一种高效冷却散热设备,其传热性能目前还需要深入研究.在总结蒸发式冷凝器传热特点的基础上,提出了采用新的钢质弹形管、扭曲管和弹形.扭曲间断管强化传热的新结构,并测试了它们应用于蒸发式冷凝器的流动与传热性能,与传统的圆管和椭圆管进行了对比.研究结果表明,在冷却水喷淋密度为0.06 kg·m-1s-1、管截面风速为3.4 m·s-1时,椭圆管、弹形管、扭曲管和间断管比圆管总传熟系数K分别高19.2%、24.4%、26.8%和31.2%.管内冷凝、管外水和空气的传热过程对总传热性能均有重要影响,弹形管可有效强化管外水膜与空气间的传热,同时降低空气流动压降;扭曲管可改善水膜分布,强化水膜传热,同时会增大空气流动压降:弹形-扭曲间断管可同时强化水膜、水膜与空气间的传热,略为减小空气流动压降.     

基于扁管的蒸发式冷凝器管外传热传质特性研究

强化蒸发式冷凝器管外传热传质可有效降低系统能耗,利用Fluent软件,结合自编译程序及组分输运模型对扁管蒸发式冷凝器管外传热传质过程建模,选取了等周长圆管模型进行比较,研究了二者传热传质性能的差异。通过研究管外液膜厚度及速度,以及管外温度分布和含湿量的变化规律,对比了扁管和圆管的平均表面传热系数,结果表明扁管的平均表面传热系数于圆管提升了9.04%。模拟了风速从1.5 m·s~(-1)变化至3 m·s~(-1)以及喷淋密度从0.15 kg·m~(-1)·s~(-1)增加至0.3 kg·m~(-1)·s~(-1)时对扁管式蒸发式冷凝器换热的影响,得到随着风速及喷淋密度的增加其平均表面传热系数分别增加了5.68%和30.26%。对扁管式蒸发式冷凝器管外的传热传质特性的研究为其应用提供了理论指导。     

蒸发式冷凝器管外水膜流动实验研究

研究蒸发式冷凝器传热传质性能时,涉及到管外喷淋水在管表面的分布形式和喷淋水与空气间的对流传热传质等问题。文内建立了蒸发式冷凝器管外水膜流动的可视化测试实验平台,采用高速摄像仪分析了喷嘴对管外水膜分布的影响,同时测试了时间、风量、水量、高度等参数对水膜温度分布的影响。结果表明,喷嘴B能获得更好的水膜分布效果,蒸发式冷凝器有一个最佳喷淋水量,其换热过程主要是由循环冷却水的显热换热和蒸发换热交替占主导作用构成的,在稳定操作条件下运行一段时间后水盘中的水温能保持较好的恒定。     

蒸发式冷凝器管外水膜传热性能实验研究

在一个单级压缩制冷循环系统中研究了蒸发式冷凝器管外水膜的传热性能.建立了蒸发式冷凝器管外水膜传热性能测试实验平台,调节不同操作参数,测试了喷淋密度和迎面风速对管外水膜传热性能的影响.结果表明,在实验条件下,管外水膜传热系数的实验值介于511.6～763.57 W·m-2·K-1.喷淋密度从0.023 kg·m-1·s-1增至0.059 kg·m-1·s-1和迎面风速从2.1 m·s-1增至3.3 m·s-1,实验条件下管外水膜传热系数的平均变化率分别为增加47.3%和减少5.5%,可见,管外水膜的传热主要受喷淋密度的影响.另外,通过对实验数据回归得到了管外水膜传热系数计算关联式,回归相关系数R为0.98,标准偏差为7.5%.最后,将实验关联式和国内外学者的关联式进行比较,表明实验得出的管外水膜传热系数计算关联式具有较好的一致性.管外水膜传热性能的实验结果对蒸发式冷凝器的设计和实际应用具有一定的指导意义.     

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。     

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。     

水平管降膜蒸发器的传热性能

在换热面积为2.375m2的水平管降膜蒸发试验平台上,采用5052铝合金管作为换热管,以实际海水为原料,进行了低温多效海水淡化中水平管降膜蒸发器传热性能研究试验。研究了料液喷淋密度、管外蒸发温度、总传热温差、海水盐度以及管内蒸汽中不凝气含量等因素对海水淡化过程降膜蒸发器总传热系数的影响。结果表明,在试验条件范围内,总传热系数随着料液喷淋密度和管外蒸发温度的升高而增加,随着传热温差的增大而降低;冷凝侧有不凝气存在时,总传热系数下降幅度较大;海水浓度对传热系数影响较小;在控制不凝气含量的条件下,传热系数在3500W/(m2?℃)以上。试验结果为海水淡化的工程设计和生产优化提供了依据。     

分离型热管蒸发段流动特性和传热特性的试验研究

对分离型热管管内蒸发段流动特性和传热特性进行了试验研究 :在保证热管工作效率及安全性的前提下 ,分离型热管蒸发段工质流动形式除单相液流和泡状流 (低热流密度时为弹状流 )外 ,在蒸发段上部约有 42 %～ 50 %的不稳定飞溅降膜区 ;合理充液率随热流密度的增加而减少 ;随着热流密度的增加 ,核态沸腾区及飞溅降膜区的换热系数均增加 ,蒸发段总换热系数也增加。     

表面改性塑料填料流体力学及传质性能研究

采用新的塑料波纹填料改性方法,有效改善填料成膜性,与同等条件下商业填料进行对比。采用氧解析实验,在直径190 mm的有机玻璃塔内,液相喷淋密度10—36 m3/(m2·h),F因子0.2—3(m/s)·(kg/m3)0.5的实验条件下测定了改性填料及商用填料的流体力学及传质性能。实验结果表明:当液体喷淋密度为10,24,36 m3/(m2·h)时,在相同的F因子下,改性填料的液相传质单元高度Ho L较商用填料分别降低了29.50%,23.00%以及23.95%,同时改性后压降也相应为商用填料的85.37%,89.71%和88.35%。表明该改性方法在低喷淋密度下对塑料填料性能提升显著。此外,对实验填料的Ho L、压降进行了关联,采用狭通道液膜波动理论对填料塔内部液泛进行了探讨,为塑料填料的工业应用提供了设计基础。     

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。     

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。     

波纹板填料表面液体降膜流动的特性分析

基于降膜流动实验台,结合计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics, CFD)研究了波纹板表面液体的平均液膜厚度和有效润湿面积等定量信息,并通过三维模拟进一步分析了喷淋密度和波纹倾斜角度β对降膜流动特性的影响。结果表明,液体在波纹板表面的流动并非均匀,分为沟流和溪流两种形式;当喷淋密度较小时,液体在波谷内形成沟流,当喷淋密度达到400 m3/(m2?h),液体跨越相邻波纹进行溪流流动;两种形式波纹板整体的润湿性能均较差,且液膜厚度分布不均;波纹倾斜角度对降膜流动特性影响较大,90°时更有利于提高有效润湿面积。     

水平管外降膜传热性能的数值模拟及实验研究

采用数值模拟和实验方法,研究了水平管降膜蒸发器换热管间为柱状流时管外降膜传热性能。利用Fluent软件对管外液体流动和传热过程进行模拟,得到液膜表面速度、管外壁面局部传热系数的分布规律,分析了喷淋密度和管间距对传热性能的影响,最后对比了数值模拟结果和实验数据。结果表明:液柱的冲击和管底液体汇聚产生的扰动明显提高了传热性能;传热系数最大值出现在液柱冲击换热管形成的滞止区,在换热管下半周传热系数变化较小,传热性能比较稳定;管外传热系数随着喷淋密度的增加而增大;当轴向无量纲距离L在-0. 3～0. 3区域时增加管间距对管外传热有利,但在0. 4～0. 5和-0. 5～-0. 4区域时传热系数随着管间距的增大而减小。实验结果验证了数值模拟的可靠性。     

复合型塔板填料参数对流体力学性能影响的研究

在内径600 mm的有机玻璃塔内,以空气-水为实验物系,测定了不同参数(筛板-填料安装间距、填料结构)的填料段与孔径8 mm、开孔率14.66%的穿流筛板组成的T/P型复合塔板的流体力学性能。实验结果表明,筛板-填料安装间距为5.5 mm时测试板干板压降较间距为0 mm时减少10%以上,液泛点延后,板上泡沫层高度增加10%~15%;各喷淋密度下,350Y型测试板在填料载点之前,压降呈线性增长,板上清液层高于250Y型,不易吹干,操作稳定性更强。喷淋密度为20 m3/(m2·h),N3/2型塔板泛点F因子为2.98(m·s-1)(kg·m-3)0.5,比250Y型增大8.4%,操作弹性提高17%,泡沫层高度也有提高。喷淋密度为60 m3/(m2·h),N5/3型测试板操作下限F因子为0.51(m·s-1)(kg·m-3)0.5,低于250Y型,操作弹性提高21%。     

水平管外水膜流型判据与特征长度

建立了蒸发式冷凝器水平管外水膜流动测试装置。观测发现水膜流动指示剂扩张角小于30°时,水膜湍流明显;扩张角大于50°时,水膜层流明显。研究了水平管外水膜流型随管径及喷淋量的变化,归纳出管外水膜层流临界Reynolds数阈值为15,湍流临界Reynolds数阈值为25。喷淋量增加的过程中,粗管比细管更容易达到湍流。管外水膜流动Reynolds数中的特征长度与水膜厚度一个量级。水膜越厚,特征长度越大;且管径越大,特征长度越大。     

多排平直翅片管换热器表面气液降膜流动特性的三维数值模拟

基于VOF模型建立了考虑重力、表面张力及界面摩擦力源项的多排平直翅片管换热器表面气液两相降膜流动三维瞬态CFD模型。不同气流速度下液膜厚度模拟结果与文献中试验值吻合较好,最大偏差小于5%,表明所建立CFD模型是可靠的。通过研究壁面接触角为30°时不同气液Reynolds数下液膜流动特性,结果表明：翅片管表面满膜流的临界Reynolds数Re_l为239,临界喷淋密度为0.06 kg/(m·s);在239 ≤ Re_l ≤ 995内,其平均液膜厚度较Nusselt理论解高16.8%～35.1%;气液逆流和顺流时气相Reynolds数Re_g应分别小于2190.7和3286.0,其主要原因在于过高的Re_g会导致气液界面摩擦力快速增大,从而引发液膜破裂和液滴脱落等现象恶化设备性能。总之,气液顺流更有利于在较高气相Reynolds数下实现翅片管表面的较薄满膜流动。     

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。