多组分混合物冷凝器设计的新方法

一、前言 多组分混合物的冷凝,在汽、液两相间同时存在能量传递和质量传递过程。多组分冷凝器的设计方法有两类:一类是Bell和Ghaly方法,假设多组分混合物的冷凝过程按着预先确定的冷凝曲线进行,但忽略了汽相中的扩散传质作用。另一类是Col-     

螺旋板换热器轴向错流通道湿法捕尘拟均相模型

提出了螺旋板换热器轴向错流通道冷却冷凝湿法除尘的方法,指出了PM_2.5在尾气对流传热传质边界层内热泳和伴随水蒸气冷凝的扩散泳运动特征和冷凝液膜吸收除尘机理并建立了拟均相模型,获得了PM_2.5浓度衰减函数和以冷凝通量n_w为参数的捕尘效率模型。通过“三传”类比获得了从尾气流速求取模型参数的方法,并通过恒壁温条件下冷却冷凝实验数据验证了模型参数计算方法的正确性,结果表明水蒸气组分扩散体积通量即PM_2.5扩散泳速度V_w是控制性参数,其值在20～40 mm·s^-1范围。     

高湿度工业废气冷凝脱湿模型研究与数值模拟

针对高湿度工业废气冷凝脱湿进行模型研究和数值模拟,引入分配系数α表征雾状冷凝和膜状冷凝并存的权重.恒壁温冷凝管外混合气体在环形空间湍流冷却冷凝的温度分布、湿度分布及其梯度（传热传质推动力）分布的模拟结果显示,雾状冷凝的控制机理是冷壁面附近温度梯度与湿度梯度协同作用下传热传质产生的局部过饱和;膜状冷凝从冷壁面移出大量冷凝潜热,促使气相主体传热传质过程更迅速,脱湿效果更好.实际过程介于二者之间.DAP尾气冷却冷凝现场实验传热传质数据,在水汽冷凝减量34%～57%的范围内,与α＝0.2的数值模拟结果相当吻合,验证了本文的模型与数值模拟.     

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.     

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。     

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。     

析湿工况下平直开缝翅片传热传质特性的数值研究

针对现有冷凝模型计算中未考虑对流传质对传质通量的影响,利用Fluent软件中的UDF建立了新的对流冷凝传热模型和基于场协同理论的传热传质特性分析方法。使用新的冷凝模型和分析方法对除湿条件下,入口参数、翅片结构、开缝位置对平直开缝翅片换热器湿空气侧的流动、传热和传质特性的影响进行了研究。结果表明：考虑对流传质的冷凝模型准确度得到提升;传热量、冷凝量随翅片表面开缝高度的增加先减小后增加;上游开缝翅片管的传热量、冷凝量均低于下游开缝翅片管,利用建立的分析方法发现,相同边界条件下,下游开缝翅片的传热场协同角α_m、传质场协同角β_m均小于上游开缝翅片,表明下游开缝翅片的速度场、温度梯度场和浓度梯度场的协同性更优,传热传质能力更强。     

包含毛细流动的自蔓延高温合成过程的模型和模拟

目前的自蔓延高温合成(self-propagating high-temperature synthesis,SHS)模拟过程都是采用只考虑传热过程的Fourier模型,没有反映流动和扩散等传质过程及其对传热的影响.在压实材料的SHS过程中,因为燃烧、熔化和冷却过程都很快,使得对流和扩散行为来不及充分进行;然而在这种密...     

PTA氧化反应冷凝器传热传质行为分析

针对PTA氧化反应中冷凝器内的醋酸、水和氮气混合蒸气冷凝过程,考虑冷凝过程中惰性气体和气相醋酸-水缔合效应,分析了各级换热器内传热传质行为以及传递对换热器设计的影响。计算结果表明,高溶剂浓度下的冷凝过程是气相在近似相平衡状态进行,可以忽略气相中传递限制,而随着气相中溶剂含量的减少,组分在换热器进口段的传热传质效果对换热面积设计影响尤其明显。     

多孔陶瓷膜毛细管冷凝分离传质模型

多孔陶瓷膜在毛细管冷凝传质机理的作用下能够有效地分离吸附性气体。而毛细管冷凝膜分离传质机理的研究还很不充分,目前,文献报道仅局限于纯组分气体的传质模型研究。本文以改性氧化铝膜对乙醇-水物系的蒸气渗透分离过程为研究对象,优选出了二元气体在毛细管冷凝膜分离过程中的组分渗透系数的计算模型;建立了多孔陶瓷膜的传质模型,对蒸气渗透分离过程的模拟证实了该模型的可靠性。     

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。     

从多组份冷凝汽-气系统的同时传热和传质

曾用描述对冷凝液膜的同时传热和传质的一组线性化速度方程式的数值解来分析不凝性气体存在下的多组份蒸汽冷凝。对于甲醇及水和乙醇及甲苯在立管和卧管冷凝器中从湍流空气流中冷凝的具体例子,已经证明,随着冷凝从起始过热的,富含醇的气相向前推进,液相和气相中醇浓度都增高了;液相含醇量也变得越来越富。蒸汽的质量流强度随着它们的有关传质系数和就地浓度推动力而变。在立管冷凝器中,醇的流强度通过一个最高点。随着混合物的冷却,气相的饱度也逐渐趋近而最后一点痕量的蒸汽变得更难于冷凝。界面性质是从有限的汽-液平衡数据、溶解热数据和一个预测方程式计算的。求解和分析技术对于不管直立或水平排列的冷却-冷凝器的设计都是通用的。     

冷却表面影响高湿气流局部凝雾及成膜现象

采用气液两相湍流k-ε模型,通过引入局部冷凝推动力实现两相传热传质的耦合,对冷表面作用下高湿气流的冷凝过程进行了模型研究,并应用CFD方法对模型进行了数值模拟.对恒壁温冷凝管外混合气体在环形空间湍流冷却冷凝的温度分布、湿度分布及其凝雾区间分布的模拟结果显示,凝雾的产生受蒸汽过饱和度控制,而其分布受过程传热推动力影响.基于体系整体不饱和、局部过饱和的热力学非平衡状态,冷凝区间前端主要发生雾状冷凝,在x*＝0.7附近,随着凝雾在冷表面上逐渐积聚成膜,凝雾过程过渡为膜状-雾状冷凝协同作用.相同工况下,由本模型计算得到的冷凝量与高湿气流冷却冷凝现场实验数据的相对误差为±9%,验证了本文的模型与数值模拟.     

生物质热解气喷雾冷凝的传热传质特性

生物质热解气的快速冷凝是影响生物油品质和出油率的关键因素之一。喷雾冷凝是实现快速冷凝的有效方法。文中以生物质热解气的关键组分所形成的多组分体系为研究对象,采用多组分体系传热传质经典的膜模型,使用Maxwell-Stefan方程描述其质量传递,结合气液相际传质的特点,进行了喷雾冷凝过程中的传热传质耦合计算。通过计算获得了液滴直径、液滴平均温度以及混合气体平均温度的变化规律,并探讨了初始流速、喷雾液滴直径和气液质量流量比对热解气冷凝过程的影响。     

管壳式混合蒸气冷凝器换热面积的校核计算

通过数学模型描述了冷凝过程的传热与传质机理;并利用简便设计法原理分过热段和饱和段对管壳式混合蒸气冷凝器进行了换热面积的校核计算。由计算实例对其计算精度和有效性做了验证,同时指出了换热面积随冷凝过程的变化规律。     

风洞真空排气系统直接接触传热过程

某风洞真空排气系统在运行过程中,会产生大量含水蒸气的混合气体。为了提高排气效率降低能耗,本文引入冷凝塔工艺,采用直接接触换热冷凝方式使来流含水蒸气的混合气体降温冷凝。基于微元塔高传质模型,对进入冷凝塔的热流气体与冷却水直接接触换热过程分析,推导出传质系数数学方程表达式。结合实验数据考察了进气压力与冷凝降温排出气体中水蒸气含量的影响,并拟合得到一定温度下进气压力与该气体水蒸气含量的数学表达式;也考察了冷却水质量通量和气液比变化对传质系数、体积传热系数、出气温度的影响,在此基础上拟合得到针对风洞气流直接接触换热气液比与体积传热系数数学关系式,并计算出最优气液比。实验得出的规律对风洞气流的直接接触换热优化设计和应用起到了指导作用。     

Heat and mass transfer coefficients of liquid desiccant dehumidification/regeneration processes with non-thermal equilibrium(Ⅰ) Model and Le-hD evaluation method

溶液除湿装置是溶液除湿空调系统中一个重要单元,其内部传热传质规律对系统性能起到决定性影响。在溶液绝热除湿模型基础上,提出考虑热不平衡的除湿模型用以计算溶液除湿过程的传热传质系数。模拟计算发现考虑热不平衡模型计算的溶液和空气出口参数与实验值能更好吻合,从而说明该模型能更准确计算除湿过程传热传质系数。当热容率比C^*≥1.0时,考虑热不平衡除湿模型计算的传质单元数和Lewis数要远优于绝热模型计算结果;而当C^*≤0.05时,考虑热不平衡除湿模型和绝热模型计算结果相差较小。     

气液界面Marangoni效应对传质系数的影响

在气液相际传质过程中,界面Marangoni湍动会对传质过程产生重要的影响,为此,建立了一套气液接触传质设备,以使得通过N2与异丙醇稀溶液逆流接触将液体中使表面张力降低的溶质解吸出来,从而引发Marangoni湍动,提高传质速率。发生Marangoni对流时,液相的传质系数比只依靠扩散传质而不考虑Marangoni效应时大,因此引出增强因子F这一概念,通过计算F的值即可判断Marangoni效应对传质速率影响的程度。提出了一个包括Marangoni准数的计算传质系数关联式,其计算结果与实验结果相符．     

基于吸附-扩散机理研究钒离子透膜传质过程(I)——离子膜吸附-扩散模型

钒离子透膜传质是导致钒电池能量损失的关键因素之一,在分析钒离子透膜传质过程的基础上,根据离子交换膜固定电荷理论提出钒离子透膜传质的吸附-扩散模型.由膜内离子Donnan平衡,引入选择性系数研究膜内钒离子吸附过程;考虑膜面浓差电势影响,由Nernst-Planck方程描述膜内钒离子和氢离子交互传质过程,将钒离子透膜扩散过...     

液-液微尺度混合体系的传质模型

针对微尺度液-液混合体系,考察了流量对膜分散萃取过程的影响,并根据传质过程方程,计算了各种条件下的传质系数和传质速率;采用现有的传质模型分别计算分散相和连续相的分传质系数,然后根据传质阻力的加合性得到总传质系数;应用理论传质系数计算传质效率,与实验值进行了比较.研究结果表明,在微尺度混合条件下,直接影响传质系数的因素是停留时间和液滴直径,传质系数随着停留时间的减小而增大.膜分散萃取的传质系数可以达到1.2×10^-4m•s^-1,比传统的萃取方式大10～100倍;不能像塔式萃取设备一样,用简单地忽略某一相的传质阻力或用总体平均的简化计算公式来计算微尺度混合的传质性能;考虑滴内滴外传质系数,并考虑时间的影响,利用现有公式分别计算滴内滴外传质系数,并采用阻力加合,可以较为准确地计算微混合条件下的总传质系数,计算值与实验值符合很好.