含不凝气的蒸汽冷凝的传热计算与换热器设计

本文用传热及传质理论对不凝气－ 蒸汽混和气体的冷凝传热机理及计算方法进行了分析, 并介绍了在ＣＯ 原料气生产过程中的废热回收及冷却装置的设计过程中得到成功运用。     

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。     

管内含不凝气空气冷却器设计计算方法

在研究管内含不凝气多组分冷凝传热基础上,提出了用于工程设计的简易计算方法:“热阻分配法”。用该法编制的空冷器程序,计算了五种类型实际工程设计项目,均可满足工程设计的需要。与国外同类型程序(ACoL4)计算结果相吻合。     

微纳结构超疏水表面参数影响含不凝气蒸汽冷凝传热的理论分析

超疏水表面结构参数对滴状冷凝传热性能、液滴生长和分布均会产生影响。首先利用竖直壁面液滴的受力平衡确定了不凝气条件下蒸汽冷凝过程中液滴的脱落半径,随后建立了含不凝气蒸汽滴状冷凝的传热模型,研究了不同不凝气浓度和过冷度下超疏水表面微柱的柱间距对滴状冷凝传热性能的影响,得到了使超疏水表面冷凝传热性能达到最佳的柱间距值,并对其随不凝气浓度和过冷度的变化规律进行了分析。结果表明在所研究的过冷度范围内,当不凝气浓度较低时（<20%）,最佳柱间距随不凝气浓度升高而增大;而当不凝气浓度高于20%时,最佳柱间距随不凝气浓度升高而减小。为驱动含不凝气蒸汽冷凝传热性能的超疏水微纳结构参数的优化提供了必要的基础数据。     

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.     

大气压附近蒸汽温度对滴状冷凝传热的影响

<正>滴状冷凝作为一种高效传热方式,自从被人们发现以来,许多研究者在这一领域作了大量研究工作.早期的研究主要集中在实现滴状冷凝的方法上.随着对滴状冷凝现象认识的加深,人们逐渐加强了对滴状冷凝传热机理的研究,提出了许多观点来解释滴状冷凝高效传热的原因,其中主要有两种假说,一种是液膜破裂假说,另一种是固定成核中心假说.     

水平矩形通道内含不凝气的蒸汽凝结换热

对质量流量为38～132 kg·m^-2·s^-1的蒸汽/氮气混合气在水平矩形通道内的凝结换热过程进行了实验研究,研究了氮气含量、混合气质量流量以及冷水质量流量对蒸汽凝结换热的影响。结果表明：在蒸汽流速较高时,不凝气对蒸汽凝结换热的削弱相对较少--8%的不凝气使汽侧凝结传热系数平均下降了26.4%;蒸汽的凝结传热系数随着混合气质量流量的增加而增加、随着冷水流量的增加而下降;此外,通过研究还发现,沿着混合气流动方向,蒸汽凝结传热系数逐渐减小。     

探讨螺旋板换热器的传热计算

本文讨论了在传热计算中螺旋板换热器与单壳程、单管程列管式换热器的差异。螺旋板换热器的传热计算在以往采用了与列管式换热器相同的方法，从对数平均温度差△tm的计算式可知，其中作了某种假设，一是传热只在某些流道间进行，一是热流体两侧的冷流体的温度相等，这与实际不符。考虑到螺旋板换热器本身的特点，由于热流体所在流道的内外两侧实际上存在传热，而且两侧流体的温度并不相同，在传热计算中应予考虑。本文从微积分着手，导出了一种新的计算方法。     

海水淡化露点蒸发传热柱中不凝气分率的变化及其对传热过程的影响

蒸汽冷凝传热中,高分率不凝气,对露点蒸发（增湿／去湿）、多效和多级闪蒸等淡化装置,以及某些工业装置的传热过程,具有很大的不良影响。本文建立了含高分率不凝气的冷凝传热实验系统（有效传热高度分别为2．5、2．0、1．6、1,3、1.0m）,着重考察了在不同高度条件下,不凝气的分率变化情况及其对传热效率的影响。研究了改善含高分率不凝气传热过程的合理措施。实验表明冷凝柱高度对其传热系数有重要影响,随着柱高的增加,气侧不凝气分率提高,传热系数不断下降;较低的柱高有利于保持较高的传热系数,但需通过优化处理决定有关过程和设备参数。在实验基础上对该传热过程进行了数据模拟,模拟结果很好的证实了实验结果,也进一步深化了实验结果。     

螺旋槽管外高浓度不凝组分蒸汽冷凝传热研究

分析了含高浓度不凝组分蒸汽在立式螺旋槽管表面强制对流冷凝的传热机理。在不凝性组分体积百分浓度超过９０％时，螺旋槽管的强化传热效果不明显，而含量为４４％－９０％时，螺旋槽管总换热系数比光滑管提高２０％－３５％。     

超疏水表面蒸汽及含不凝气蒸汽滴状冷凝传热实验分析

通过紫铜基表面上制备两种具有微纳米结构的超疏水表面以及相同化学修饰的光滑疏水表面,实验研究了各表面上空气环境下水的润湿特性以及在纯蒸汽、蒸汽-空气混合气体环境下,表面的滴状冷凝传热特性和冷凝液滴的运动和润湿特性。结果表明:纯蒸汽滴状冷凝条件下,超疏水表面的传热性能明显低于光滑疏水表面的传热性能;含低浓度不凝气蒸汽冷凝环境下,超疏水表面传热性能与光滑疏水表面相近;蒸汽冷凝环境中,超疏水表面上液滴的接触角明显低于其在空气条件下接触角,并且接触角滞后增大。分析得到,微纳米结构的存在使冷凝过程液滴的接触角滞后增大,微纳米结构中冷凝液滞留增加的壁面热阻等抑制了滴状冷凝传热性能;并提出了蒸汽及含不凝气蒸汽冷凝环境中液滴在超疏水表面上的润湿模式。     

折流杆冷凝器壳侧混合蒸汽冷凝传热研究

折流杆冷凝器是一种新型的管壳式换热器.本文针对折流杆冷凝器的结构特点,提出了折流杆冷凝器壳侧混合蒸气冷凝传热的计算方法,并通过实验加以验证.实验用折流杆冷凝器有两台:一是圆型结构,含折流圈9个、换热管37根,管尺寸φ19×2mm; 另一是矩形结构,含折流圈10个、换热管14根,管尺寸φ25×2.5mm,壳体前侧板设有五块直径为100mm的视镜,以观察冷凝流型.实验用工作介质为乙醇-水、溶剂汽油和溶剂汽油-氮气.在重力控制区和过渡区,实验所得传热系数值与理论计算值的偏差均小于32%.     

舌片式导流管强化蒸汽冷凝传热的研究

通过对舌片式导流管强化垂直圆管内蒸汽冷凝传热研究 ,在实验范围内 ,传热系数增大3.6 4～ 5 .6 1倍、效果十分显著 ,舌片垂直节间距越小 ,舌片愈宽强化传热效率越好     

含氮气的甲烷蒸汽冷凝过程的数值模拟

为求解竖直壁面上含氮气的甲烷蒸汽冷凝流动传热传质规律,基于扩散理论建立了数值计算模型。利用Volume of Fluid (VOF)方法追踪气液界面,根据气液界面质量守恒方程自定义用户函数求解相变过程中的质量与能量源相,对氮气w(N_2)=0%、0.869%、1.733%、3.441%、8.417%、11.616%、16.249%以及壁面过冷度为5 K、10 K、15 K和20 K的工况进行了模拟计算。结果表明,氮气的存在使得甲烷蒸汽的冷凝传热系数显著下降(过冷度为10 K时,3.441%的氮气导致传热系数下降约70%);在计算工况下,液膜厚度相比于混合气体层的厚度小两个数量级,蒸汽穿过混合气体层的扩散热阻是整个传热过程的主要热阻。     

螺旋板式换热器传热计算探讨

讨论了螺旋板式换热器在传热计算中同单壳程单管程（１－１型）换热器在概念上的不同点。     

管壳式换热器的设计计算

通过对管壳式换热器传热计算的分析，说明管壳式换热器的结构因素对换热器性能的影响和提高管壳式换热器性能的途径，为换热器的结构设计，提高换热器的性能提供借鉴和参考。     

外换热器为复杂流向的搅拌容器中液体不稳定传热计算

本文论述了带复杂流向外换热器的搅拌容器中液体不稳定传热计算方法,对几种常用的这类情况进行了算式推导,并举例说明。