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。     

横管降膜过程中液膜内流动和传热特性分析

横管降膜流动过程中,液膜速度和温度及其分布是影响传热传质的关键因素,由于实验研究方法的局限性,实验研究结果一般只是液膜内各参数的平均值,而液膜内部的速度和温度具体分布特性却很难得到。借助FLUENT软件,利用VOF模型研究了橫管外液膜速度和温度及其分布特性。通过建立三维数理模型,模拟研究了常温常压下,橫管外液膜无相变条件下横管液膜的传热过程,并从边界层的角度解释了液膜波动对传热过程的影响。     

MVR降膜蒸发器液膜流动特性数值模拟

随着能源价格的上涨,蒸发浓缩过程的节能降耗工作显得非常重要。MVR技术节能潜力巨大,将成为蒸发浓缩技术发展的方向。利用传热学及流体力学的基本理论,在进行合理简化的基础上,建立了适用于降膜蒸发器竖管内蒸发过程的传热模型,模型同时考虑了重力和二次蒸汽剪切力的影响。利用VB语言开发了用于计算蒸发器降膜蒸发管流动状态、传热特性的应用软件。利用所开发的软件定量分析了液膜厚度、传热系数等参数沿蒸发管流动方向的变化规律,比较了两种模型对计算结果的影响。     

格子Boltzmann方法的竖壁汽液降膜数值研究

对原有的格子Boltzmann伪势模型进行了改进,提出表面张力可调的伪势模型,并基于改进后的伪势两相模型在二维条件下模拟了雷诺数为5、10和20时竖壁降膜的流动,进一步研究了液膜在入口处存在正弦扰动时的流动特性,分析了入口扰动和表面张力作用对液膜稳态波动的影响,总结了液膜稳态波动的规律.结果表明:数值计算得到的流形拓扑及波动特征与实验结论能较好地吻合,表明伪势模型能够较为真实地反映降膜流动的物理过程.     

椭圆横管外降膜流动和换热特性分析

本研究基于VOF算法编写用户UDF(自定义函数),采用FLUENT软件建立了椭圆横管外降膜流动和换热的计算模型。根据CFD(计算流体力学)模型计算和分析了在不同长短轴比下管外降膜速度分布、压力分布、液膜内温度分布和管外换热分布的变化规律。研究结果表明:长短轴比的变化影响了管外液膜速度分布、压力分布和膜内温度分布;相比圆管,椭圆管的管外膜内液体流速更快。壁面压力沿周向逐渐减少并在X=0.9附近快速回升;随长短轴比e的增加,周向压力最小值位置逐渐向后推移。局部Nu数分布与压力分布在趋势上存在一致性。当e=1.65附近时,椭圆的换热性能最优;最后,通过对管形的研究分析,提出横管的传热分区模型。     

壁面热流率对降液膜流动影响的研究

用相空间重构的方法,对竖壁薄液膜流动的液膜厚度时间序列进行了重构,并用分维数对混沌吸引子的动力特征进行了描述,由此描述了壁面热流率对竖壁薄液膜流动特性的影响。     

气液降膜流动传热传质研究的综述

气液降膜是工业中常见的传热传质过程,在很多领域中有着广泛的应用,在湿空气透平（HAT）循环的主要部件饱和器中,也有着重要的意义。本文回顾了降膜分别在气体剪切力下以及由界面相变引起的热非平衡状态下的流动稳定性及传热传质的发展现状和研究进展,总结了气液降膜流动已有的理论和实验结果,并展望了气液降膜流动技术的发展前景。     

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。     

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。     

Heat transfer characteristics of falling film evaporation on horizontal tube arrays

A falling film heat transfer test facility has been built for the measurement of falling film evaporation in a vacuum of about 1000 Pa. At this condition, only convective evaporation occurred in the liquid film. The Reynolds numbers of falling film over a range from 21.6 to 108.1 were tested on six-tube arrays made of enhanced or smooth tubes. Results show that the tubes with both enhanced outer and inner surfaces give high heat flux. Besides, as the Reynolds number increases, the heat transfer enhancement ratio of falling film evaporation decreases. A semi-analytical correlation is established to predict the heat transfer coefficients of falling film evaporation on smooth tube arrays, considering the contributions of partially dryout and fully wet regimes, respectively. For enhanced tubes, the heat transfer enhancement ratios to the smooth tubes were also correlated.     

Evaporation heat transfer of falling water film on a horizontal tube bundle

A numerical simulation and experimental study were carried out for evaporation heat transfer of a falling water film on a smooth horizontal tube bundle evaporator. A laminar model and a turbulence model were respectively adopted to calculate the heat transfer coefficients of falling water film on horizontal heated tubes. The calculation zone on the heated tube was divided into the top stagnation zone and the lateral free film zone. The initial boundary conditions for the free film zone were determined from the calculated results of the stagnation zone. The modified wall function method was used for the turbulent flow. Comparisons between the experimental data and the numerical solutions by use of two flow models show that the experimental data lie between the laminar model solutions and the latter turbulence model solutions and that they are closer to the latter solutions. Finally, a simple dimensionless correction based on the numerical simulations is proposed for predicting the evaporation heat transfer of falling water film for actual engineering applications. © 2001 Scripta Technica, Heat Trans Asian Res, 31(1): 42–55, 2002     

海水淡化中降膜蒸发过程的实验研究

由于横管降膜蒸发具有传热系数高、热耗低、可利用低品位能源等优点,横管降膜蒸发技术成为低温多效海水淡化技术中应用最广泛的方法.搭建了单管横管降膜试验台,观测了横管降膜蒸发的流动过程,研究了横管降膜蒸发过程中的流动特性和传热特性,归纳了管间距、喷淋密度对横管降膜蒸发过程中流动特性和传热特性的影响.实验结果表明:喷淋密度的增...     

海水淡化系统水平管降膜蒸发器传热系数研究

针对海水淡化系统水平管降膜蒸发器,总结和分析管内冷凝侧与管外蒸发侧的换热系数关联式,比较管内径、入口蒸汽流速、蒸汽冷凝温度、出口蒸汽干度对管内蒸汽冷凝侧换热系数的影响;研究传热温差以及喷淋密度对管外蒸发侧换热系数的影响。结合不同的污垢系数,进行了总传热系数的影响因素分析,为海水淡化系统的工程设计提供依据。     

水平管降膜冷态流动形态及滞后现象实验研究

以25.00 mm铝黄铜管水平管外降膜流动过程为研究对象,对以水为工质的管间流动形态及管间距对临界雷诺数的影响进行研究,基于观察到的流动形态变化的五个阶段分析了流型转换的滞后现象。计算了泰勒波长理论值并与实验测量值进行对比分析。研究结果表明,流动形态的五个阶段,临界雷诺数随管间距增大而增大,滞后现象存在于各个临界流态转化点中,柱帘-帘阶段滞后区间最大,实验泰勒波长较理论值略低,且在理论值附近波动。     

Numerical simulation of horizontal tube bundle falling film flow pattern transformation

It is important to study the falling-film pattern of a horizontal tube bundle in order to set up a heat and mass transfer model accurately. The falling-film pattern of a horizontal tube bundle is simulated in this paper. The technique is based on computational flow dynamics (CFD) for the two-phase flow of gas and water. The experimental results were used to validate the mathematical model. It indicates that the simulation results accord with experimental data well. The simulated results show that the flow pattern varies with different flow rates. Under the different flow rates, it observes the droplet, droplet-columnar, columnar, columnar-sheet and sheet flow patterns. The critical value is 0.0125 kg/s between droplet and columnar, and the critical value is 0.02 kg/s between columnar and sheet.     

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.