自由降膜传热传质数值模拟技术应用进展

自由降膜过程在许多工业领域，特别是在石油化工工业中有着非常广泛的应用。近年来，随着计算机技术的发展，研究人员采用理论分析、数值模拟和实验相结合的技术手段，对降膜传热传质过程进行了深入的研究，为优化降膜传热传质过程和新型设备的开发提供了理论基础。     

水平管外降膜蒸发传热性能的实验研究

以水为介质研究了水平管外降膜蒸发的传热性能,并对喷淋密度和热通量等因素对传热性能的影响进行了分析,得到了传热系数关联式,该式的计算值与实验值相差在±10%以内。     

热管式降膜吸收器的传热传质

对热管式降膜吸收顺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的动态二维偏微分方程和热管传热方程，研究了膜雷诺数，低位余热温度，输出温度等因素对传热管质过程的影响，对进一步工作提出了新的见解。     

吸收膜蒸馏的传热传质过程

由于吸收膜蒸馏系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,其传热过程无相变热损失,有可能实现能耗较低的膜蒸馏过程,本文尝试开展吸收膜蒸馏法海水淡化研究。首先分别以葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液为吸收液进行吸收膜蒸馏海水淡化实验,结果表明氯化钙吸收液时的膜通量明显高于葡萄糖吸收液时的膜通量。其次建立了吸收膜蒸馏过程的质量和热量传递模型,并对模型进行了计算,模型计算值与实验值非常接近。最后对葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液分别作吸收液时对传质系数和极化现象的影响进行了计算分析,结果显示,氯化钙水溶液作吸收液时传质系数约为葡萄糖水溶液的1.7倍;且极化现象造成的蒸气压力差减小的值为后者的1/4左右。     

吸收膜蒸馏的传热传质过程

由于吸收膜蒸馏系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,其传热过程无相变热损失,有可能实现能耗较低的膜蒸馏过程,本文尝试开展吸收膜蒸馏法海水淡化研究。首先分别以葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液为吸收液进行吸收膜蒸馏海水淡化实验,结果表明氯化钙吸收液时的膜通量明显高于葡萄糖吸收液时的膜通量。其次建立了吸收膜蒸馏过程的质量和热量传递模型,并对模型进行了计算,模型计算值与实验值非常接近。最后对葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液分别作吸收液时对传质系数和极化现象的影响进行了计算分析,结果显示,氯化钙水溶液作吸收液时传质系数约为葡萄糖水溶液的1.7倍;且极化现象造成的蒸气压力差减小的值为后者的1/4左右。     

膜反转板式降膜吸收过程

结合板式降膜技术与膜反转技术的优势,提出了一种新型膜反转板式降膜吸收器。设计并建立了膜反转板式降膜吸收试验台,在试验台上完成了不同吸收压力、溶液流量、进口温度、冷却条件等对膜反转板式降膜吸收器传热传质性能影响的系列实验研究,得到该吸收器的传热传质性能。为膜反转板式降膜热质传递设备的科学研究、工程设计和实际应用提供了一定依据,也为进一步开发高效紧凑的热质传递元件及设备提供了一些方法和思路。     

湍流降膜吸收过程的数值解

在前已建立的湍流降膜吸收模型[1] 基础上 ,进一步进行数值模拟 ,并利用所得结果对各传递现象的控制参量进行讨论 ,结果发现在湍流降膜吸收过程中 ,新控制参量Pe数对吸收过程具有决定性的控制作用 ,Pe数越大 ,传热对动量和质量传递的影响越强。     

水平管降膜吸收局部传热传质特性的数值模拟

为分析滴状和柱状流型下纯水蒸气水平管外降膜吸收过程的局部传热传质特性,建立非稳态数值模型考虑吸收过程中降膜区和管间区内液相的实际流动特征及气液两相的传质,同时对多管排区域采用实际边界条件,且考虑气液两相的传热过程。溶液的液膜Reynolds数范围为11~38。结果表明,与文献实验对比,相同流量下溶液出口浓度和温度的平均相对误差在2%以内;滴状和柱状流型下,降膜区溶液的平均浓度和温度均迅速下降,管间区先上升后下降,降膜区溶液的局部吸收速率分别约为管间区的10倍和7倍;柱状流型下降膜区的吸收速率明显小于滴状流型,管间区相差很小;吸收达到稳定后,滴状流型下溶液的平均浓度和温度变化均大于柱状流型,四排管降膜区溶液的浓度变化量依次增大,温度变化量依次减小。     

竖直平面上的传热传质复合自然对流

用数值方法研究了竖直平面上因热及物质扩散引起的传热传质复合自然对流,得到了速度、压力、温度和浓度的分布及传热传质速率随浮力比的变化规律。研究结果表明：Ｎｕ与Ｓｈ在随浮力比Ｂ的变化过程中出现最小值,此时的浮力比Ｂｍｉｎ仅是Ｐｒ／Ｓｃ的函数;流型取决于浮力比和Ｐｒ／Ｓｃ,根据流型不同可在Ｂ－Ｐｒ／Ｓｃ坐标系中将流场划为４个区域。     

膜反转板式降膜吸收过程的理论研究

将板式降膜吸收和膜反转技术相结合,开发了一种新形式的降膜型吸收器,即膜反转板式降膜吸收器.通过对这种吸收器进行流动传热传质分析,建立了描述其物理过程的数学模型,采用流函数将控制方程进行变换,用有限差分法将变换后的方程离散,由TDMA方法编程计算这种膜反转板式降膜吸收器溴化锂溶液降膜吸收的过程,对比分析板式、膜反转板式降膜吸收计算结果表明,在同样的条件下膜反转板式降膜吸收器比板式降膜吸收器传热传质性能更好.     

垂直管降膜蒸发传热研究进展

对垂直管降膜蒸发传热的实验研究和理论研究现状进行了综述,指出了目前研究中存在的问题,并对未来的研究方向提出建议。     

磁场作用下垂直管外氨水降膜吸收的模型研究

在氨气吸收过程中增加了宏观磁场力，考虑了吸收过程中降膜溶液膜厚的变化、膜厚方向的对流以及氨水溶液物性的变化，建立了磁场条件下垂直管外氨水降膜吸收数学模型。在磁感应强度0－3T范围内，对数学模型进行数值求解，得到温度、浓度、速度分布等参数。结果显示磁场对于氨水降膜吸收过程有一定的增强作用。     

影响水平管降膜蒸发传热性能的因素

影响水平管降膜蒸发传热性能的因素齐和发，沈吟秋（大连理工大学化工学院）关键词水平管降膜；传热膜系数；浓度１引言水平管降膜蒸发器是二十余年发展起来的一种高效节能型蒸发器。目前，这种蒸发器已广泛应用于海水淡化、医药、食品、化工和致冷等工业中［１］。影响水...     

脂肪酸降膜蒸发传热研究

在垂直降膜管上进行脂肪酸混合物降膜蒸发传热的实验研究 ,分析了进料流量、热通量和操作压力等因素对传热性能的影响。建立了数学模型 ,并进行数值求解。实验结果表明 ,在层流情况下 ,流量的增加不利于传热 ,热通量和操作压力的增加对表面蒸发传热有利。将模型计算结果与实验结果比较 ,发现模型较好地预测了实验结果     

并流降膜塔液相传质系数实验研究

水吸收含１０％ＣＯ２的混合气为体系，测定了并流降膜塔中液相传质系数与气液相流量的关系。液相传质系数与液相流量基本呈线性关系。在较低气相流量情况下，液相传质系数ｋＬ随气相流量的增加而增大，但当气相流量超过某一定值时，随着气相流量的增加反而减小。     

螺旋槽管降膜蒸发强化传热与结垢特性研究

降膜蒸发是海水淡化的一项主要技术。传热管是降膜蒸发器的核心部件。螺旋槽管是一种应用广泛的高效强化传热管,但在海水淡化中应用较少,缺乏相关的实验数据。为论证螺旋槽管用于海水淡化的可行性,首先在水平管降膜蒸发传热实验平台上,以自来水为工质,研究了螺旋槽管的强化传热特性,分析了喷淋密度、热通量、传热温差和蒸发温度对其传热的影响;然后借助低温多效蒸馏(LT-MED)海水淡化中试装置,在海水淡化实际工况下,运行测试180 d,研究了螺旋槽管的结垢特性。在本实验中,螺旋槽管传热系数较光管平均提高35%左右;其结垢厚度小于光管,结垢疏松多孔,易于清除。     

气液降膜流动中液相速度波动及其传质研究

为了研究降膜流动的动力学性质及其对气液传质过程的影响,在气液逆流的不同气液流动条件下采用激光多普勒(1aser Doppler anemometer,简称LDA)测量了降膜流动的液相速度分布和瞬时速度波动.和以往假定液膜外侧为自由表面,液膜表面处剪切力为零的Nusselt模型进行了比较,LDA测量结果表明气液逆流时降膜流动的最大液相速度出现在液膜表面之内,并且是以近界面区域的速度波动为特征的流动.在相同的降膜装置中进行了乙醇稀溶液的解吸实验,液相传质系数的实验测量值是渗透理论预测值的1～2倍.实验结果表明液相界面区域的速度波动加快了气液界面的表面更新速率,减小了传质阻力,强化了气液界面的传质过程.考虑液膜波动特征对气液接触情况的影响,从气液两相接触时间的角度出发,修正了渗透理论对液相平均传质系数的预测,预测结果和实验结果相吻合.