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。     

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.     

水平管降膜蒸发器管外液膜的数值模拟

对水平管降膜蒸发器管外液体的成膜情况进行了数值模拟,分析了喷淋密度、管径大小、周向角度等参数对管外液膜厚度及分布的影响,并与相关实验数据进行了比较.结果表明:在喷淋密度一定时,管外液膜厚度在管顶和管底区域较大,在周向120°附近最小;管壁表面的液膜厚度随着喷淋密度的减小而减小,当喷淋密度减小到一定程度时,管壁表面出现了局部"干斑"现象;在喷淋密度一定时,管壁液膜厚度随管径的增大而减小.     

水平管外降膜蒸发传热特性的数值模拟

为深入研究液膜内的微观传热机理,对水平管外降膜蒸发的传热特性进行了数值模拟,获得了液膜厚度、液膜流动速度和传热系数等热力参数在液膜内的分布特性。通过与实验数据的对比验证了数学模型的准确性。研究结果表明:在饱和蒸发温度62℃、传热温差2.8℃、管外径25.4mm和液膜入口速度0.071~0.15 m/s条件下,沿圆周方向,液膜厚度减小,传热系数增加,直至达到液膜热力发展区,膜厚和传热系数趋于稳定;受液膜内温度变化的影响,液膜内的粘度、表面张力和导热系数的变化对液膜传热特性产生显著影响。     

竖壁降膜波动特性数值模拟研究

建立了竖直壁面降膜流动的二维几何模型,运用VOF方法对雷诺数200～1 000的降膜的波动特性进行了数值模拟。研究了液膜的波动特征、液膜流动方向的速度变化以及液体雷诺数对液膜波动的影响规律。结果表明:根据液膜的形态可以将流动区域分为入口区、发展区和稳定区三部分。入口区的液膜相对比较平滑,发展区的液膜表现为频率较高的小幅波动,稳定区的液膜波动幅度增加而频率减小;入口区的最大流速大于初始流速,发展区的最大流速在初始流速上下波动,而稳定区流速小于初始流速;随着液体雷诺数的增加,液膜厚度增加而波幅降低。     

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。     

水平管降膜蒸发器中液膜厚度周向分布研究

采用VOF模型对水平管表面液膜厚度分布进行数值研究,并将结果与实验数据进行比较,二者吻合较好。结果表明:液膜沿水平管周向的流动可分为瞬态过程及之后的稳态过程,瞬态过程包括液体自由下降、冲击管壁、液膜发展、充分发展以及脱离管壁5个阶段。稳态过程中,液膜厚度沿圆管周向分布为先减小,再增大。水平管上、下半部液膜厚度分布不对称,顶部和底部存在两个切向速度滞点,下部滞点处可能会出现无液区。随着液膜雷诺数的增大,液膜厚增大,下部无液区范围也增大。较大的管径会导致液膜在同一角位置处流速增加,液膜厚度减小。     

水平管外降膜蒸发微观传热特性

为了深入探究水平管降膜蒸发的微观传热特性,采用基于VOF法的计算流体模型对水平管外降膜蒸发进行数值模拟,通过求解控制方程得到液膜内的温度场和速度场。分析了不同入口边界温度和Re数下管外薄液膜内热边界层、无量纲温度和局部传热系数的微观传热特性变化规律,定量给出了热发展区与充分热发展区的边界位置。模拟结果表明:液膜入口温度越高,液膜热发展区覆盖的圆周角度越小;液膜内的热发展区覆盖的角度随Re数的增大而增加是平均传热系数随Re数增大的原因;管外圆周方向无量纲温度分布证明了液膜中的传热包含导热和对流传热;管外液膜内纯导热系数与局部传热系数的差值随倾斜角的增加而减少是由于对流效应沿管圆周方向减弱引起的。     

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。     

水平螺旋槽管壁面液膜特性的研究

研究水平螺旋槽管壁面液膜的形成机理及流动特性。通过建立单组分流体的物理和数学模型，得出了液膜的速度、厚度解析解，并分析了水平螺旋槽管的几何条件对壁面液膜形成的影响。结果表明：液膜的形状主要受表面张力和槽道表面几何形状的影响，在槽道谷底处较厚，而在槽道起始处较薄。相对于光滑直管，水平螺旋槽管壁面液膜具有更均匀的厚度分布，故具有更好的传热传质性能。     

管束排列方式及管间距对水平管外液体成膜情况的影响分析

针对水平管降膜蒸发器管外液体的成膜情况,采用数值模拟方法,分析了管束排列方式及管间距等结构参数对水平管外液体成膜情况的影响.结果表明:管束布置方式、管间距对顶排管的影响不大,对于顶排管以下的管排来说,叉排方式时的液膜厚度要明显小于顺排方式的液膜厚度;随着管间距的增大,第二根管壁上的液膜厚度逐渐减小.     

水平单管外混合气体对流冷凝换热的理论研究

采用修正的膜模型与Nusselt凝结理论结合的方法,对含湿混合气体自上而下横掠水平管外时的对流冷凝换热机理进行研究,建立了液膜流动和传热模型,进行数值求解并分析了雷诺数、壁面温度及水蒸汽浓度等因素对混合气体冷凝换热的影响。计算结果表明:水管外壁液膜厚度分布很大程度上受气体边界层对液膜剪切力的影响。而局部努谢尔数不同于纯蒸气的的冷凝换热,它受气相热阻的影响很大,其分布状况类似于单相气体管外的对流换热。     

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。     

水平翅片管外混合气体对流冷凝传热的理论研究

以Nusselt理论为基础,结合修正的膜理论,对含湿混合气体横掠水平翅片管外时的翅片表面对流冷凝传热机理进行研究。建议了分区处理方法,建立了翅片侧壁和光管上的液膜流动和传热模型。得到了管壁温度、烟气进口温度和雷诺数对总凝结液量的影响,以及翅片侧壁液膜的厚度分布。     

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.     

蒸汽侧氧化膜对超临界机组T92钢管壁温的影响

通过建立T92钢受热管及其蒸汽侧氧化膜的数值分析模型,定量分析了不同厚度氧化膜对T92钢受热管壁温的影响,并在此基础上得出了不同受热条件下导致T92钢管超温运行的氧化膜的临界厚度值.结果表明:随着氧化膜厚度的增加,管壁平均温度和平均温度升高幅度均呈近似线性增加;且管内壁温度越高、管外热流密度越大,氧化膜的临界厚度值越小.因此,当T92钢应用于高温受热面时,需综合考虑壁面热负荷和管内壁温度对氧化膜临界厚度的影响.     

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.     

制冷用水平管降膜蒸发研究进展及一种新型布液器

水平管降膜蒸发器广泛应用在现代工业的诸多领域,其优化设计和高效应用对于节能和环保具有重要意义.介绍了水平管降膜蒸发的基本原理,对水平管外液膜厚度分布、新型强化管换热性能及布液器结构的最新研究进展进行了综述,回顾了水平管降膜蒸发的研究成果.布液器是系统的关键部件,其性能优劣在很大程度上影响系统的稳定性和效率.在此基础上提出了一种新型布液器的设计方案,为降膜蒸发器的进一步研究和设计提供了参考.     

水平螺旋槽管壁面二元混合液体升膜形成的试验研究

对二元液体混合物在蒸发状态下水平螺旋槽管管外壁面形成升膜进行了试验研究．实测了水平螺旋槽管壁面二元混合液体升膜的速度场和表面温度场,分析了水平螺旋槽管壁面热流密度和流体性质对壁面液膜特性的影响。结果表明：同一升膜工质,螺旋槽管的热流密度越大．液膜的爬升速度越大;流体性质对升膜的流动特性和温度分布特性有显著的影响,酒精溶液的浓度越高．液膜的流动性越好,表面总体温度越低,换热系数越小。     

汽-气凝结气膜分布及对换热特性的影响

基于双边界层理论,考虑气膜内诱导速度、气液界面剪切力和压力梯度等因素的影响,建立了在水平管外汽-气凝结换热过程中所形成气膜厚度的数学模型,并讨论了气膜分离情况.结果表明:沿管壁向下,气膜厚度逐渐增大;当气膜发生分离时,气膜厚度在分离点处急剧增大,且随流速增大而减小;当气膜不发生分离时,气膜厚度在管壁底部附近急剧减小,且随流速增大而增大;气膜厚度随壁温升高而增大,随不凝结气体质量分数增大而增大;气膜厚度及气膜分离对换热特性有一定的影响.