降膜蒸发器传热传质与流动过程数值模拟

随着计算机技术的发展,计算流体力学成为深入研究流动传热传质过程的重要方法。文章基于流体动力学基本原理和VOF多相流模型,建立了水平管外降膜流动与相变传热传质过程数学模型,针对降膜蒸发复杂的相变过程,通过用户自定义函数UDF,将编制的计算程序嵌入FLUENT软件相应模块,对降膜蒸发过程进行了模拟研究,阐明了管外液膜、速度、温度分布及其局部传热传质特性沿圆周方向的变化规律。结果表明:在X=0.5~0.8时,液膜厚度较薄,有利于过程传热,圆管底部与顶部局部传热系数较大,并在管顶部出现传热系数最大值;相界面过余温度沿周向距离的增大而增加,圆管下方具有最大的相界面换热温差和最高的蒸发速率;此数值模拟方法和传热传质模型可以较为合理地进行水平管外降膜蒸发过程的理论分析。     

板壳式降膜蒸发器结构及性能研究

结合板壳式换热器和板式蒸发器的结构特点，在高效水平管喷淋式降膜蒸发器的基础上，开发一种新型板壳式降膜蒸发器，理论分析和实验结果均表明，以椭圆腔板束为蒸发内件的新型蒸发器，蒸发速度快，传热效率高。     

板壳式降膜蒸发器结构及性能研究

结合板壳式换热器和板式蒸发器的结构特点，在高效水平管喷淋式降膜蒸发器的基础上，开发一种新型板壳式降膜蒸发器，理论分析和实验结果均表明，以椭圆腔板束为蒸发内件的新型蒸发器，蒸发速度快，传热效率高。     

切应力作用下的层流饱和蒸发降膜流动和传热模型

处于切应力作用下的层流饱和蒸发降膜流动,具有广泛的工业应用价值和潜在的应用前景。基于力平衡和能量守恒原理,建立了在同向或反向切应力作用下层流饱和蒸发液膜传热特性的物理模型,推导出无量纲液膜厚度和表面传热系数与流动长度、界面切应力、界面对流换热强度、雷诺数间的非线性关系式,为从理论上揭示层流饱和蒸发液膜的传热机理提供了一种可供分析的数学模型。     

不同排列方式下水平降膜管束中的管束效应及传热特性

管束效应普遍存在于水平管降膜蒸发管束中,表现为随着管束深度的增加,传热性能逐渐变差,严重影响着降膜蒸发器的运行效率.为了查明管束效应的产生机理,文中研究了46℃水在恒热流密度(47.3 kWm^-2K^-1)条件下的管束降膜流动及传热特性.结果表明:(1)正方形排列管束传热性能最差,管束效应最明显;三角形排列管束传热性能最好,是正方形排列管束的1.3倍;(2)沿管束深度方向,传热系数波动幅度先增加后减小;(3)供液高度、竖直管间距的增加有利于上排管传热,对下排管影响较弱;(4)液膜分布对上排管传热影响较大,但随管束深度增加逐渐变弱.     

热虹吸管蒸发段内部强化传热的研究

针对工业应用最多的热虹吸管，其蒸发段常出现大汽泡，弹状流沸腾而引起的不稳定振动以及壁温波动现象进行研究，为改善热虹吸管蒸发段内部的传热性能，进一步提高其传输功率，提出了一种强化传热方法，即在热虹管内部插入－根同轴的多孔管，并对同轴多孔管蒸发段的强化传热机理进行了研究，同时通过可视化和性能试验进行了验证，得出了较好的结果。     

热管式溶液吸收器传热传质过程的数值模拟

本文首次利用水重力热管，以溴化锂水溶液为工质，对在热管外壁面上溶液降膜吸收水蒸气并移出吸收热的传热传质过程进行了数值模拟。结果表明，在一定条件下，所需热管加热段长度随膜雷诺数的增加而增加，随输出热温度的提高而减小，并且降膜平均传热和传质系数随膜雷诺数的增加而降低；利用热管作为吸收器的传热传质元件，其传热温差很小，但在较大浓差和较大雷诺数下，所需热管加热段长度太长。在热管外壁面上的溶液降膜吸收过程有待强化，以使吸收过程产生的热量与热管的传热能力相匹配。     

水平管束降膜蒸发中CO2解吸的微观特性

水平管降膜蒸发中释放的不凝气严重降低了管内冷凝传热速率,会使海水淡化的能耗成本显著增加,因此研究水平管束降膜蒸发中CO₂解吸的微观过程具有重要意义。文章建立了耦合水平管束降膜蒸发传热和CO₂解吸的理论模型,计算得到CO₂解吸单元体、碳酸盐组分浓度,分析了CO₂解吸量的微观特性。结果表明：传热系数的模拟值与实验值吻合良好;化学反应时间沿竖直管排方向减小且其速率逐渐降低,而沿水平管长方向随竖直管排节点数的增加而变长;主导CO₂解吸速率的HCO₃^-和CO₃^2-在微元内的浓度显著高于CO₂和H⁺浓度;单位面积的蒸发速率和每吨海水CO₂解吸量沿竖直管排、水平管长方向均减少。     

螺旋线圈强化管内单相流体传热的研究

研究了内插螺旋线圈的水平圆管内水的对流强化传热及流阻特性,探索了螺旋丝径不变,螺距变化对传热及流体阻力的影响;螺距不变,螺旋丝径变化对传热及流体阻力的影响.实验采用25mm×2mm的紫铜圆管,实验段长1.68m,管内走水,Re数的范围在3000～25000之间.通过对实验数据的多元线性回归,得到了传热与流体阻力的实验关联式,采用(Nus/Nu)3.5/(fs/f)作为评估传热与流阻性能的综合判据,实验结果表明在实验范围内,(Nus/Nu)3.5/(fs/f)的值在1.2～10.7之间,大于1,说明插入螺旋线圈有效地强化了管内传热.     

热管式降膜吸收器波动降膜传热传质过程研究

本文对升温型吸收热泵热管式降膜吸收器溶液吸收传热传质并通过热管移出吸收热的过程进行了数值研究。根据所求得的波动膜流解及建立的数学模型,通过求解热管加热段外壁面溶液波动降膜传递方程和热管传热方程,研究了膜雷诺数。低位余热温度、输出热温度等因素对传热传质过程的影响,对今后的研究工作提出了新的见解。     

内置折边扭带圆管内三维流动与传热数值模拟

为研究烟气在内置扭带管内流动和强化传热特性,以螺旋扭带管和折边扭带管为研究对象建立烟气流动与传热三维数值模型,模型中对近壁面采用增强壁面函数法,并考虑低雷诺数和旋转流对湍流黏度的影响。与圆管相比Re=2300～5000内螺旋扭带管Nu提高21%～24％;折边扭带管Nu提高25%～32％。折边扭带管流动阻力ΔP为12～57Pa,比螺旋扭带管ΔP增加10%～18％。折边扭带管传热和流动性能比φ为120%～126％。内置折边扭带管强化传热的原因是具有沿流向以折边长度为周期的增速和减速。     

花丝内插物强化管内凝结换热的研究

本语文对花丝内插物在管内凝结换热的强化作用进行了理论机理分析和实验研究，旨出大空隙率花丝元件在流动阻力增加不大的情况下，可使管内流动提前诱发湍流并强化凝结换热，使竖直管内临界液膜雷诺数比光管下降一个数量级，凝结换热系数比光管高３倍以上，同时花丝内插物可在低换热温差下实现高换热量，这对大量低温热源的利用、节能技术、提高能源利用率等有重要的工程意义，本文将根据实验研究结果给出其模拟准则方程和较佳花丝几     

内置分段式弹簧换热管内流场的数值模拟

针对内置弹簧换热管在强化传热过程中产生较大阻力的问题,提出了一种插入分段式弹簧的方法,并通过Fluent软件对内置不同长度的弹簧换热管某一截面处的流动特性进行数值模拟,分别取每段弹簧的长度分别为50 mm、100 mm、150 mm、200 mm,得到了在内置不同长度弹簧的换热管内某一截面处的速度场;然后分别取不同丝径和圈径的分段式弹簧,对换热管内某一截面的流体径向速度场进行数值模拟,研究弹簧的丝径与圈径对强化传热的影响.结果表明:在换热管两端插入分段式弹簧使得管内流体径向速度提高了2~3倍,加快了管内壁区域流体的流动,使得边界层变薄,不仅加强了边界层流体的扰动,而且一定程度上降低了流体流动的阻力,从而提高了换热效率.在雷诺数相同时,内置分段式弹簧换热管相对于光管Nu数提高了2~4倍;随着丝径和圈径的增大,强化传热效率得到提高而流动阻力随着相应增加.     

梯形波带扰流元件对高黏度流体强化传热效率影响的实验研究

在流体介质为高黏度流体下,对管内插入梯形波带强化传热效率进行了实验研究。实验过程中,采用水浴换热器。管壳外为85℃的水浴,管内介质流体为原油。实验在雷诺数Re为15.4～36.9进行测量。实验结果表明,与光滑管比较,插入梯形波带后虽然压差阻力略有增加,但强化传热效果提高显著。通过评价分析得出曲线图表,表明梯形波带内插件适用于高黏度流体。     

振动流化床浸没水平管局部传热特性的研究

对振动流化床水平换热管的局部传热系数进行了实验研究,结果表明,水平换热管局部传热系数受流化气速、振动频率及振幅的影响。通气与不通气两种情况下,振动对局部传热系数的影响表现出不同的规律。振动流化床水平换热管的传热系数随颗粒粒径的增大而减小。     

双层复合表面材料管传热过程的研究

分别从蒸馏水、NaOH 溶液为实验介质,研究了光滑管、复合材料管表面上的相变沸腾传热过程。认为采用热喷涂—化学法处理的复合表面材料管,可以增大相变传热系数,以达到强化沸腾传热的目的。     

管壳式换热器瞬态换热性能分析

通过理论分析，分别以壳程流体、管程流体、管内外壁为研究对象，建立了管壳式换热器瞬态换热数学模型．模型中很好地解决了顺流和逆流同时存在的问题．存此基础上借助于仿真手段对管壳式换热器的瞬态换热性能进行分析，为了减小线性化方法带来的误差以及提高计算的准确度，仿真计算时所采用的数学模型未进行线性化处理，而直接采用非线性化方程进行程序编写．仿真结果与换热器实际运行数据吻合很好，说明所建立的数学模型可用于同类换热器瞬态换热性能分析．通过对换热器瞬态换热性能的分析，町清楚地了解换热器的动态换热特性，为换热器设计及控制提供理论依据．     

渗层不锈钢管束表面真空下换热特性的实验分析

为了探究在真空条件下材料表面特性对蒸汽凝结换热的影响机理,从实验和凝结理论两个方面入手探索了在真空条件下渗层不锈钢管束壁面蒸汽凝结的换热特性。在真空条件下进行对比实验,实验结果表明,渗层不锈钢管束的凝结换热性能明显优于普通铜管束,且随着真空的提高,效果更为显著,最高提升幅度可达77％。进而从真空对蒸汽的流场、非冷凝气体的热阻及其固相和液相间的界面能差三个部分论证了真空度的提升有利于冷凝液滴的形成和凝结换热效果的提升,与实验结果相符。     

内插自振弹簧换热管脉冲流强化换热数值分析

针对脉冲流影响内置弹簧换热管换热效果的问题,运用计算流体动力学技术模拟研究了在内置弹簧换热管中分别通入稳态流和不同参数脉冲流情况下的换热情况,得到了不同情形下的管内温度场和压力场.研究结果表明:通入脉冲流后,内插自振弹簧换热管出口平均压力呈现与脉冲流周期相同的正（余）弦波动,且波动振幅随着脉冲流频率的增大而增大.相对于通入稳态流而言,通入脉冲流时的速度边界层厚度减小,从而增大了强化传热系数.管内对流传热系数随着振幅的增大而增大,但频率对传热系数的影响却很小.     

流体诱导新型弹性管束强化传热实验

为深入研究不同实验条件下新型弹性管束的传热特性,建立了传热综合实验台,计算得到了管束管外、管内及总传热系数随Re的变化曲线图。实验结果表明:新型弹性管束的管外平均表面传热系数基本为同Re数下的固定管束的3倍以上,强化传热效果明显。对比不同条件下的实验结果可以得出,汽-水换热条件最好、水-水换热条件次之、恒热流条件最差。原因为管内流体介质对弹性管束的振动特性影响较大,振动特性增强使得传热特性增强。