半椭圆管水平降膜的传热特性

为提高降膜流动过程中的传热效率,搭建水平降膜传热性能测试装置,以水为系统循环工质,实验研究热流密度(0—5 582 W/m~2)、喷淋密度[0.14—4.16 kg/(m·s)]和喷淋温度(20—40℃)对单根半椭圆管水平降膜管外传热系数分布和变化规律,并与相同管截面外周长圆管、椭圆管对比。结果表明:随着热流密度、喷淋密度和喷淋温度的增加,半椭圆管水平降膜管外平均传热系数不断增大,喷淋密度较小时,传热系数增加速率更大;沿管管截面圆周向角方向,半椭圆管、椭圆管和圆管的水平管外降膜传热系数变化趋势基本一致,先明显减小,最后略微增大;半椭圆管比圆管、椭圆管的水平降膜管外平均传热系数更高,具有重要的工程应用价值。     

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响。结果表明：沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部“干涸”和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移。     

倾斜管式蒸发冷凝器管外液膜的三维数值研究

利用Fluent软件对倾斜椭圆管式水膜蒸发冷凝器管外成膜情况进行了三维数值模拟,分析了喷淋流量、布液器与侧壁间距及周向角度等参数对管外液膜厚度和分布的影响。结果表明:管外液膜沿管壁向下侧壁面方向发生偏移,使远离上侧壁面的位置更易铺展成膜,近上侧壁面的椭圆管底端易产生干斑;随着布液器与壁面间距的减小,流体在上、下侧壁上的分流现象随之明显;喷淋流量一定时,周向液膜厚度分布先减小至周向90°位置后开始增大。     

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响。结果表明:沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部"干涸"和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移。     

空心喷嘴喷淋特性实验研究

为使大型水平管降膜多效蒸发海水淡化装置的横管降膜蒸发器均匀布液,自主设计并搭建了一套离心喷嘴喷淋特性实验台及径向喷淋密度测量装置,通过高速摄影仪拍摄的喷淋照片对喷淋外缘进行标注测量,得到喷嘴各喷淋锥角,对旋流式空心喷嘴的流量、喷淋锥角和径向喷淋密度等喷淋参数随入口压力、喷淋高度的变化规律进行实验探究分析。结果表明,流量随入口压力增加而增加,但入口压力越大,流量增长速度越缓慢;正常工况下,喷淋锥角由喷嘴出口扩张段角度决定,与喷嘴扩张角保持一致,在重力作用下出现向内的收缩圆弧液膜边;喷淋形状为规则的环形喷淋,入口压力增加使有效喷淋区域整体向中心压缩,喷淋密度峰值变大,两波峰的对称性得到改善,压力为349 kPa时,喷淋密度基本完全对称,增加喷淋高度则情况相反。根据此喷淋密度分布特点,在设计横管蒸发布液器时合理控制工况压强,根据峰谷叠加原理可有效消除无效喷淋区域。     

竖管降膜吸收器布膜装置的设计及实验研究

针对大型竖管降膜吸收器设计出一种新型的液体布膜装置,以水为介质进行冷模实验及分析,对两种不同结构布膜器进行布膜均匀度的比较,得到装置均匀分布最小喷淋密度为0.05 L/(m·s).     

液体管外降膜的实验

在实验的基础上探讨了液体在垂直管外降膜的流动特性,分析了影响液体管外成膜均匀性和润湿性的影响因素,提出了布膜装置的环隙在0.5～2.0mm有一最佳值,喷淋密度在250～700kg/(m·h)之间有一最佳值,布膜装置的进液采用单管沿壁面旋转270°切向流的进液方式,并对液体管外降膜装置的设计提出了建议。     

润滑油对2种水平管降膜蒸发传热特性的影响

对R134a在光滑管和强化管管外降膜蒸发时,润滑油对换热特性的影响进行实验研究。蒸发温度为6℃,含油率分别为0.5%,1.2%,5.1%,工质喷淋密度分别为0.13,0.17,0.21 kg/(s·m)。结果表明:对于光滑管,管外换热系数随含油率的增加而增大;对于强化管,在低喷淋密度下,管外换热系数随含油率的增加先增大后减小,在高喷淋密度下,含油率的变化对管外换热系数影响不明显。在较高含油率下,光滑管存在一个最佳喷淋密度使管外换热系数达到最大,强化管管外换热系数受喷淋密度的影响较小;在较低含油率下,光滑管管外换热系数受喷淋密度的影响不明显,强化管管外换热系数随喷淋密度的增加先增大后减小。     

扭曲椭圆管内降膜蒸发特性研究

高效换热管有利于提高降膜蒸发器的传热性能,通过FLUENT软件对扭曲椭圆管内降膜蒸发过程进行研究,分析了液膜在扭曲椭圆管内的流动以及分布情况。研究结果表明:液膜在扭曲椭圆管内为螺旋流动,因离心力的作用会在垂直于主流方向产生二次流,从而增强对传热边界层的扰动;从壁面到液膜表面,液膜速度及压力都在逐渐增大,速度的变化率在逐渐地减小;相比于圆管,扭曲椭圆管内的液膜流动更为平稳,且液膜厚度的分布因扭矩的存在而具有一定的周期性变化规律;在扭曲椭圆管内,流体速度场与温度场的协同性相对来说比圆管的好,而速度场与压力场的协同性比圆管的差。     

水平蛋形管降膜蒸发器管外液膜铺展数值模拟

水平异形管与圆管相比,具有管外液膜成膜排数多、液膜流动稳定和传热性能好等优点.对柱状流下水平管降膜蒸发器管外液膜流动进行三维数值模拟,分析椭圆率、喷淋高度和横截面尺寸对蛋形管管外液膜铺展的影响.结果表明:蛋形管管外液膜铺展分为喷淋区、平稳区、叠加区与脱落区.液膜厚度随轴向位移Z增大而增大;当Z=0-6 mm时,液膜厚度...     

异型管曲率对气液膜分布及凝结换热特性的影响

基于双膜理论及边界层理论,建立了圆管、椭圆管、滴形管的管外气、液膜厚度及传热系数的数学模型。以圆管传热系数为依据进行了模型验证,计算结果与实验值的平均偏差约为6%,基本符合工程实际要求。在给定条件下,通过对不同曲率下各管型管外传热系数的计算,得到了气、液膜厚度的分布规律及换热特性。结果表明：在有效换热面积相同时,三种管型的气、液膜厚度,传热系数在一定角度下,随曲率的增大而增大;当曲率相同时,椭圆管传热系数最大,圆管最小。同时,分析了不同管型及其曲率对气、液膜排泄的影响机理和分离机理。为强化换热提供一定理论指导。     

水平管降膜蒸发器传热系数空间分布

为了得到水平管降膜蒸发器传热系数,建立了水平管降膜蒸发传热实验台。通过对实验结果的归纳,分析了水平管降膜蒸发器总传热系数随顶排管喷淋密度、蒸发温度的变化规律,并给出了总传热系数在水平管降膜蒸发器内部空间的分布。结果表明,总传热系数随喷淋密度、蒸发温度的增大而增大。在空间分布上,传热系数沿管长方向受凝结过程的影响前5 m先增大,后3 m逐渐减小;在垂直方向由上向下逐渐减小。另外传热系数随管排数的增加而降低,并且当喷淋密度较小时,总传热系数下降的趋势更明显。     

波纹板填料表面液体降膜流动的特性分析

基于降膜流动实验台,结合计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics, CFD)研究了波纹板表面液体的平均液膜厚度和有效润湿面积等定量信息,并通过三维模拟进一步分析了喷淋密度和波纹倾斜角度β对降膜流动特性的影响。结果表明,液体在波纹板表面的流动并非均匀,分为沟流和溪流两种形式;当喷淋密度较小时,液体在波谷内形成沟流,当喷淋密度达到400 m3/(m2?h),液体跨越相邻波纹进行溪流流动;两种形式波纹板整体的润湿性能均较差,且液膜厚度分布不均;波纹倾斜角度对降膜流动特性影响较大,90°时更有利于提高有效润湿面积。     

水平烧结管降膜蒸发器管外流动分析

烧结管由光滑圆管外表面烧结铝合金或铜合金粉末制备，用于水平管蒸发器传热元件，实现高效传热。模拟分析烧结层材质、喷淋孔流量和烧结层孔隙率对烧结管管外液膜分布的影响。结果表明：比较液柱截面及波峰截面的平均液膜厚度，铝合金烧结层减薄了52.22%,而铜合金烧结层减薄了56.12%,故铝合金烧结层液膜流动较稳定。当烧结层为铝合金时，在喷淋孔流量Q_v=140—200 L/h,液膜厚度随着流量增大而增大，增大幅度达到了16.52%。当Q_v=160 L/h时，流速随着液膜厚度增大逐渐减小；随着孔隙率增大，液膜厚度在周向角度θ=0°—160°时增大，在θ=160°—170°时减小。当孔隙率n=50%时，平均液膜厚度减薄率较小，表明液膜厚度均匀性较好。2种烧结管表面均可形成连续的流动液膜，烧结层增大了工质接触管壁的传热面积。     

水平管外降膜传热性能的数值模拟及实验研究

采用数值模拟和实验方法,研究了水平管降膜蒸发器换热管间为柱状流时管外降膜传热性能。利用Fluent软件对管外液体流动和传热过程进行模拟,得到液膜表面速度、管外壁面局部传热系数的分布规律,分析了喷淋密度和管间距对传热性能的影响,最后对比了数值模拟结果和实验数据。结果表明:液柱的冲击和管底液体汇聚产生的扰动明显提高了传热性能;传热系数最大值出现在液柱冲击换热管形成的滞止区,在换热管下半周传热系数变化较小,传热性能比较稳定;管外传热系数随着喷淋密度的增加而增大;当轴向无量纲距离L在-0. 3～0. 3区域时增加管间距对管外传热有利,但在0. 4～0. 5和-0. 5～-0. 4区域时传热系数随着管间距的增大而减小。实验结果验证了数值模拟的可靠性。     

制冷系统用新型水平管降膜蒸发

以R134a制冷循环为基础,将水平管降膜蒸发应用于蒸发器中,通过调节不同工况来研究其换热特性。其中热通量8～40 kW·m^-2,工质的喷淋量0.005～0.04 kg·m^-1·s^-1,以光滑管为基础,对针对降膜蒸发而设计的TJX、EX两种强化管进行了实验研究,并利用修正威尔逊法进行数据处理。分析表明,降膜蒸发换热特性主要与热通量和喷淋量有关,而随着热通量的增加,每根管型传热系数在遇到临界热通量点后呈现下降趋势。此外强化表面的传热系数要明显优于光滑管,特别是具有网格槽道设计的EX管。由于实验系统是一个制冷系统,含有润滑油,发现润滑油的存在明显降低了传热系数。最后在实验基础上对光滑管换热特性进行预测,并在此基础上提出强化管的修正系数。     

R1234ze(E)与R134a在水平强化管外降膜蒸发实验对比

为研究HFOs制冷剂R1234ze(E)与HFCs制冷剂R134a在Y型翅内螺纹双侧强化管管外降膜蒸发的换热性能,搭建了水平管降膜蒸发换热性能测试实验台,分别在不同的管内水速、喷淋密度、热流密度以及蒸发温度条件下进行了实验,利用Wilson-Gnielinski图解法分离管内外的换热系数,得到了2种制冷工质管外降膜蒸发...     

功能表面材料与流体界面相互作用对垂直降液膜流动特性的影响

通过调节水温度、添加表面活性剂以及铝合金壁面表面改性处理来改变降膜流体与固体表面之间的表面自由能差值,运用JDC-2000型精密测微仪测定垂直降液膜的厚度,研究固体表面和液体间相互作用对流体垂直降膜流动特性的影响;考察了液膜雷诺数、流体温度、添加表面活性剂、固体表面材料物理化学性质等因素对垂直壁面降液膜流动特性的影响规律。实验结果表明:改变固体表面与降液膜流体的物理化学特性,即改变固液界面的相互作用能够改变流体的降膜流动特性。降液膜平均厚度随液固表面自由能差的增大而减小。     

进水温度对新型复合气提降膜蒸发器性能的影响

就提出的基于气提效应的新型复合降膜蒸发器展开了深入研究,讨论了进水温度发生变化时,该复合降膜蒸发器的水力特性和传热传质性能的变化情况。研究表明：随着进水温度的增加,输送单元的输送液体流量和输送高度比（泵送高度与驱动吸程之比）均得到提高;而蒸发换热单元的降落液膜厚度则随进水温度的增加而减薄,从而使得传热性能增强;且随着进水温度的增加,其对传热性能的提高逐渐减弱。在相同的输送流量下,进水温度从30℃增加到90℃时,其传热系数提高66.8％～69.3％。     

蒸发式冷凝器管外水膜传热性能实验研究

在一个单级压缩制冷循环系统中研究了蒸发式冷凝器管外水膜的传热性能.建立了蒸发式冷凝器管外水膜传热性能测试实验平台,调节不同操作参数,测试了喷淋密度和迎面风速对管外水膜传热性能的影响.结果表明,在实验条件下,管外水膜传热系数的实验值介于511.6～763.57 W·m-2·K-1.喷淋密度从0.023 kg·m-1·s-1增至0.059 kg·m-1·s-1和迎面风速从2.1 m·s-1增至3.3 m·s-1,实验条件下管外水膜传热系数的平均变化率分别为增加47.3%和减少5.5%,可见,管外水膜的传热主要受喷淋密度的影响.另外,通过对实验数据回归得到了管外水膜传热系数计算关联式,回归相关系数R为0.98,标准偏差为7.5%.最后,将实验关联式和国内外学者的关联式进行比较,表明实验得出的管外水膜传热系数计算关联式具有较好的一致性.管外水膜传热性能的实验结果对蒸发式冷凝器的设计和实际应用具有一定的指导意义.