直接接触汽化传热实验装置的设计与测试技术

为了研究戊烷与水直接接触汽化传热过程中其液液界面的真实传热温差,文中搭建了汽化传热的闭路循环实验装置,设计了一种戊烷-水直接接触界面面积不变的圆形接触面,运用双平行电导探针测定液液界面的波动情况,采用红外热像技术确定液液界面处水的表面温度,进而确定直接接触汽化传热的真实传热温差,同时通过实验研究了水流速和温度对热通量的影响。结果表明:戊烷汽化传热的真实传热温差Δt远远小于传统计算方法得到的温差Δt_m,这种温差的差别导致了计算得到的真实传热系数远远大于根据传热方法计算得到的传热系数。同时,热通量随着水流速和传热温差的增加而逐渐增加。该实验方法为直接接触汽化传热机理的研究提供了重要方法和新的思路。     

采用填料强化的鼓泡塔直接接触换热性能研究

以正戊烷-水为物系,进行了采用填料强化的鼓泡塔直接接触蒸发换热实验。实验采用顺流操作,考察了分散相流量、温差以及分布器孔径对体积换热系数和汽化高度的影响。实验得出：在戊烷流量为23.868 L/h,分布器孔径为2.5 mm时加填料的鼓泡塔的体积换热系数约为未加填料的2倍;在一定的操作条件下,加填料的鼓泡塔中汽化高度随分散相流量和分布器孔径的增大而增加,随温差的增大而减小;加填料的鼓泡塔中体积换热系数随分散相流量的增加而增加,随分布器孔径的增大而减小,与温差成负幂指数关系。     

湿式干釜直接接触传热蒸发过程

研究了非均相载热体直接加热物料的低持液量蒸馏釜即湿式干釜的传热蒸发机理。对底部进料情况下单泡滴在连续相（热载体）中的直接接触传热蒸发过程进行了数学模拟。通过模拟计算研究了泡滴的初始直径对连续相液深、泡滴完全汽化时间、瞬时传热温差以及瞬时传热系数的影响。提出了极限深度的概念,并推导出连续相极限深度的计算公式,对泡滴所处液深超过极限深度时的变化情况进行了分析。     

热粘液中引入挥发性冷剂进行汽化冷却的传热研究

研究了热粘液中引入挥发性冷剂进行汽化冷却的传热过程。在一垂直圆形循环管中,引入冷剂酒精液滴于热浓糖溶液中,获得了糖液的汽化冷却曲线：分析了冷剂通入量对瞬间主体温度及容积传热速率的影响,并以“界面汽化热阱”的概念对传热机理进行了分析。冷剂在热粘液中汽化,是以泡滴的形态进行的。由于酒精与糖液是互溶的,在圆形管中对于泡滴的形态以及酒精与浓糖溶液间的界面难以观察清楚,因而设计了一套便于观察、拍照和分析的由两块玻璃板组成的窄缝且外侧带有保温夹套的实验设备(类似于Hele．Shaw盒)。在该设备中,对不互溶冷剂及可互溶冷剂在热浓糖溶液中汽化时形成泡滴的状态进行了比较,并分析了它们具有不同状态的原因。     

汽-液-液三相垂直管内充分发展流传热性能

研究了垂直管内连续相水和分散相戊烷泡滴之间的流动和传热性能 .在全面考虑了汽体的膨胀、水蒸气的蒸发、界面张力的作用、汽液两相的相互作用和滑移、泡滴的破碎等影响因素的基础上 ,建立了与实验结果吻合较好的一维流体力学模型和传热模型     

液滴在热液相介质中上升汽化时的传热与传质

本文分析了液滴在不互溶的液相介质中上升汽化时的传热和传质,导出了数模,进行了数值求解,获知在泡滴与液相接触的汽液边界处温度下降和浓度升高,存在着溶液的过冷(或过饱和)边界层。实验结果与数模计算结果表明,该模型能够较好地预測液滴汽化的整体特性。     

降膜流动板结构变化对传热性能的影响

通过实验考察了不同降膜流动板结构对液膜传热性能的影响。实验过程针对光滑平板及新型翅片板进行降液膜传热实验,分析了不同流量不同黏度下不同板结构的降液膜传热性能。水在不同板结构下平均传热系数随着流量的增加而增加,翅片板由于增加液膜湍流程度并改善液相分布状况使平均传热系数相对于平板提高5%—15%。对于蔗糖溶液液膜流速随着黏度的增大而有所降低,换热板表面液膜的湍流程度下降,另一方面黏度增大导致液相与换热板表面的接触角增大换热板润湿面积减小,导致各类板结构传热系数均有所降低,而带有翅片结构的降膜板更适用于高黏度液相传热,尤其在液相流量大于150 L/h时提高10%以上。流动形态及液相物理性质都会影响降膜传热性能,文中通过实验对降膜传热过程提出了强化措施,尤其是通过改进降膜流动板结构优化液膜流动形态强化传热。     

垂直管内不互溶液滴群直接接触汽化传热

在一气升式外循环实验设备中研究了冷剂正戊烷与热流体水在垂直管内直接接触汽化传热过程。根据单液滴不互溶冷剂汽化关联式，推导出多液滴汽化过程中局部和平均体积传热系数表达式，表达式较好地解释了实验结果。讨论了冷剂表观流速、冷剂与热流体间的传热温差对体积传热量ｑｖ和体积传热系数ａｖ的影响；以及冷剂表观流速对冷却温差的影响。     

费托合成浆态床反应器的温度动态响应分析

在Aspen Custom Modeler中建立了应用汽包-沸腾水移去反应热的费托合成浆态床反应器动态模型,模拟考察了新鲜气流量波动时其流量波动大小、换热面积、汽包容积、传热温差以及传热系数等参数对于反应器温度波动特性的影响.结果表明,反应器换热面积增大(或传热温差减小)可以有效减小扰动过程中反应器温度波动量;汽包中水或水蒸气体积的增加会使得反应器温度波动增大,但传热温差的减小会使得汽包的容积作用影响减弱;传热系数采取固定值计算会使得反应器温度波动量被高估.通过对模拟结果回归得到最大温度波动值与传热面积及流量波动值的关系式,在温度230～270 ℃,压力1.5～3.0 MPa下应用此关联式可对反应器温度波动值进行快速估算.     

空气-石蜡直接接触换热特性实验研究

在间壁式换热器中石蜡因为其热导率低影响了蓄热系统的换热速率,采用石蜡与空气直接接触换热可大幅提高蓄热系统的换热速率。把常温的空气通过气体分布器注入熔融状态的石蜡（100~150℃）中,具体考察了表观气速、静液位高度和传热温差等参数对石蜡-空气鼓泡换热中体积传热系数与气含率的影响。实验结果表明,随着表观气速的增大,体积传热系数与气含率随之增大,并且对于气含率,在较低的表观气速下的增长速率更快;在实验条件下,增加静液位高度都只会导致体积传热系数与气含率的降低,而改变气液温差对体积传热系数的影响不甚明显。根据实验结果获得了石蜡与空气直接接触换热的体积Nusselt数经验关联式。