水平滴形管外降膜流动和传热特性模拟研究

基于VOF两相流模型,建立二维水平滴形管外降膜数值计算模型,模拟研究不同入口液体温度、液膜流量、管间距对水平管外的降膜流动和传热特性的影响。结果表明:对于水平滴形管,增大液膜流量和水平管间距可以提高降膜传热系数;增加入口液体温度会减小液膜厚度,增大传热系数。

机械蒸汽再压缩蒸发技术高盐度废水处理系统的性能分析

提出了采用机械蒸汽再压缩蒸发结合水平管降膜蒸发的技术方案,依据平衡方程和传热机理建立了完整的系统数学模型,并围绕进料预热温度、蒸发传热温差、蒸发温度以及进出料浓度等因素对系统性能的相关影响进行了计算与分析。结果表明,选择合适的进料温差(1～4℃)和传热温差(3～7℃),并保持系统进出料浓度的稳定性是保证整个系统具有良好经济性和节能性的关键。

海水淡化系统中水平管降膜蒸发器流动与传热特性数值研究

为了解和改善水平管降膜蒸发器内局部区域流体流动和传热状况,建立适用于蒸发器实体的三维分布参数模型,详细分析了管束内部加热蒸汽流量分配和外部海水流场特性,给出了蒸发器内部的工作过程以及复杂流动与换热现象。通过数值解与实际值的比较对模型进行验证,计算结果表明:管内工质质量流速与热负荷相互匹配,反映出管内工质的流动具有"自补偿特性",管外海水表现出喷淋密度"上高下低"、盐度"上小下大"的规律;总结了供入海水流量、加热蒸汽流量与二次蒸汽产量等参数之间的依变关系,并探讨其对蒸发器热力性能和装置结垢的影响,为蒸发器经济运行以及进一步的结构优化提供了理论依据。

水平管降膜蒸发器壳程流场和温度场数值研究

为了探究水平管降膜蒸发器壳程区域流场与温度场的分布特性,基于三维分布参数模型开发蒸发器整体数值模拟程序,获得蒸发器内热力参数分布,并分析壳程区域流场和温度场以及其他各主要参数的变化。研究结果表明:采用前密后疏的喷头布置方式可以有效改善海水的流场,使1管程下部海水分布更加均匀;在文中结构下海水流经2管程后已经达到饱和状态;1管程和2管程蒸汽进口区总传热系数最大;在1管程进口的下半区,海水盐度最大值已达到56 g/kg;为避免结垢发生,应当控制海水浓缩比不超过2.5,最高温度低于70℃。

板式降膜蒸发器系统节能效果分析

板式降膜蒸发器由于具有传热系数高、蒸发强度大、汽耗低、回水比大、结疤易自行脱落等特点,被应用于氧化铝生产拜耳法种分母液蒸发工序。文章对板式降膜蒸发器的特点和节能效果进行了分析,肯定了这一新型蒸发器的节能效果。

水平管外降膜蒸发液膜流动状态及积垢分析

利用碱法麦草浆黑液作为工质,通过建立湍流数学模型对水平管外降膜黑液蒸发热传递积垢阻力情况进行研究,分析了水平管外降膜黑液蒸发的热传递、浓缩、黑液积垢现象,发现了水平传热管外有效减少黑液积垢和提高生产效率的热边界条件,得出对于一种较高固溶物质量分数的黑液,高Re值、低黑液与加热面温差、低加热温度是提高液体浓缩度和控制可溶物积垢非常有效的方法,同时也显示水平管外降膜黑液的成分越少越好,纯液体的蒸发速率是最好的。这个模型还可用来预测污垢的形成过程及积垢程度。

外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性模拟

为进一步揭示外掠管束间蒸发冷却传热传质及压降特性,综合考虑了管束壁面水膜的形成及湿空气-喷淋水间传质过程,采用DPM(Discrete phase model)与水膜耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性分析模型。首先,采用文献实验数据验证了模型的可靠性,其误差在1%范围内;然后,采用模拟方法,研究了外掠管束间传热传质及压降沿竖直高度方向的变化特征。结果表明:由于湿空气焓差和饱和空气焓差的变化,导致传质系数沿盘管高度方向发生波动,但总体呈降低趋势;在同一工况下,湿空气焓差对传质系数的影响较大,传质系数的波动主要是湿空气焓变化造成的;外掠交错管束间喷淋水膜温度并非保持恒定不变,而是随盘管高度的降低而降低,即沿下落方向液膜温度逐渐降低;交错管束底部区域喷淋水蒸发量最大,沿盘管高度方向,喷淋水蒸发量降低;喷淋水发过程主要发生在管束表面及管束尾流区,通过在管束间增加挡板或者减小管间距,可以强化管束表面及尾流区流场扰流作用,增强喷淋水的蒸发冷却作用;交错管束间传热系数在换热盘管中间稳定区域变化较小,其受进气温度、喷淋水温度及相对湿度的影响较小;交错管束间压力损失沿盘管高度变化较小,在换热盘管空气进口过渡区压力损失最大。上述研究成果,为外掠交错管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降性能设计提供理论依据。

基于能耗最优的管式降膜蒸发器液位控制方法

在氧化铝生产的蒸发过程中,液位作为一个重要状态指标影响着生产的安全性及蒸发效率。蒸发过程中的非线性因素和时滞因素增加了对液位控制的难度,传统的控制方法难以实现蒸发过程液位的精确调控,尤其是忽略了从能耗角度对液位实施控制。今对管式降膜蒸发器蒸发过程建立动态非线性时滞模型,提出了一种基于能耗最优的液位控制方法(LLCOEC),结合有效能以及汽水比对液位进行控制。将复杂的非线性时滞控制问题转化为一系列非线性规划问题,通过求解每一步长时间内出料流量的最优增量,从而确定整个调控时间内的控制量。通过仿真实验对比该方法与离散时间模型预测控制(DMPC),结果验证所提出的控制方法能更快速、准确地控制液位达到设定值,并同时提高蒸发过程中的有效能利用率、降低汽水比,为蒸发过程中的液位控制提供指导。

水平管外降膜流动和膜厚分布三维数值分析

运用Fluent软件对水平管蒸发器管外降膜流动进行三维数值模拟,分析了换热管间为柱状流时水在管外流动过程及液膜分布,研究了喷淋密度和管间距对管外液膜厚度的影响。模拟结果表明,管间为柱状流时,液膜沿管外壁面分布不均匀,管外壁面局部液膜厚度与其所处轴向位置和周向角度有关。在波峰截面,增加喷淋密度或管间距,液膜厚度均明显增加;在液柱截面,改变喷淋密度或管间距仅对上半管周的液膜厚度有影响,且液膜厚度随着喷淋密度的增加而增大,随着管间距的增大而减小。

基于VOF模型的水平管蒸发器液膜流动数值研究

在水平管降膜蒸发器液体分布器的设计中,布液管结构参数影响着液体的成膜质量,为了简化设计计算,提出了利用有限元数值计算软件研究开孔间距与其他结构参数的关系。开孔间距的大小与液膜在蒸发管外壁面形成的宽度有关。而影响蒸发管外壁面液膜宽度的主要因素有2个:布液孔孔径和布液孔穿孔流速。因此,课题组采用VOF模型,模拟蒸发管外壁面液膜流动形态,探讨不同孔径和穿孔流速下的液膜宽度值,利用中心复合实验得出液膜宽度Lm(开孔间距l)关于穿孔流速v和孔径d的关系式。结果表明:通过得到的关系式可以建立3者之间的内在关系,计算出不同孔径和穿孔流速下的开孔间距值。该关系式能够简化液体分布器布液管各结构参数的设计和计算,具有一定的参考和应用价值。

5mm微肋管内R404A流动沸腾压降特性

为了给冷链用换热器小管径的可行性提供理论支持,对R404A制冷剂在5mm微肋管内流动沸腾压降特性进行了实验研究。实验工况为:饱和温度为0℃、热通量为5~25kW/m2、质量流速为200~500kg/(m^2·s)、干度为0.1~0.9。研究结果表明:质量流速的提高不仅会增大摩擦压降,同时使摩擦压降随干度变化的趋势提前转变;摩擦压降受热通量的影响较小,在0.1~0.7的干度区间,摩擦压降不随热通量的增大而改变,热通量仅会使摩擦压降的拐点提前出现;与光滑管相比,微肋管内的两相流动摩擦压降较高,增大质量流速会提高摩擦压降的增量,当干度值为0.4时,增量出现极值,随后增量逐渐上升。本实验研究的数据与理论预测模型的对比显示:修正后的Kim模型能够较佳的预测本实验数据,绝对平均偏差11.54%,偏差幅度±30%以内的数据多达85.23%。

板式降膜蒸发器结垢形成原因及防治措施

板式降膜蒸发器具有蒸水量大、汽耗低的优点,但是板片的结垢影响了其优势的发挥,本文通过分析结垢形成原因,提出了提高首效Na2 OK浓度。

加强管理与改造 降低氧化铝能耗

根据山东分公司近几年科技项目的投入,对烧结法生产氧化铝工艺能耗的降低所发挥的作用,主要有熟料窑、高效沉降槽、脱硅系统改造、氢氧化铝过滤改造、蒸发器及焙烧改造等。

水平管降膜蒸发器传热参数空间分布模拟研究

基于分布参数方法,对低温多效海水淡化系统中的单效水平管降膜蒸发器进行三维数值模拟,分析蒸发器传热参数在不同进料海水盐度及喷淋密度下的变化及空间分布规律。模拟结果显示:蒸发器平均传热系数随进料海水喷淋密度的增加及盐度的降低均有所升高。在管内蒸汽在二管程末端完全凝结的前提下,蒸发器表观传热温差随进料海水喷淋密度的增加及盐度的降低而减小。二次蒸汽最大饱和温度降随进料海水喷淋密度的增加及盐度的降低而减小。传热量及传热系数在蒸发器内空间分布规律随喷淋密度变化而改变。

水平管降膜蒸发器的全三维数值模拟

针对水平管降膜蒸发器运行和优化设计中存在的流动与传热问题,建立了水平管降膜蒸发器实体的三维分布参数模型,采用数值模拟方法对蒸发器内海水流场、温度场等特性进行了深入研究,获得了相应热力参数分布的详细信息,直观地刻画了蒸发器内部的工作过程以及复杂流动与换热现象。通过数值解与实际值的比较,对模型进行了验证,结果表明:第1、2管程蒸汽进口区总传热系数最大,海水表现出喷淋密度"上高下低"、盐度"上小下大"等细观规律;供入海水流量在280～370 t/h范围内变化对二次蒸汽与加热蒸汽的温差影响较大,而对二次蒸汽产量没有明显的影响,说明海水流量偏离设计值会造成整个海水淡化系统无法正常运行。

转角正方形管束降膜蒸发时的传热温差损失

实验测量并获得饱和蒸汽水平方向流经铝黄铜管管束的压降数据,基于实验数据拟合出来的压降系数,以转角正方形排列的管束为物理模型,计算水平管束降膜蒸发时压降造成的传热温差的变化,分析饱和温度、喷淋密度和管列数等对传热温差损失的影响.在管束排列方式一定、蒸汽流量相同下,计算结果表明,传热温差损失随喷淋密度的增加而增大,喷淋密度为0.02 kg/(m s)时的传热温差损失值约是0.08 kg/(m s)时的一半;饱和温度越低,传热温差损失越大,50℃条件下的传热温差损失值约是70℃时的3.5倍.计算还表明,当管束为转角正方形排列时,传热温差损失随管列数的增加呈抛物线型升高.

大型水平管降膜蒸发器管外热力参数分布计算分析

将分布参数方法与三维有限容积数值计算方法相结合,对大型水平管降膜蒸发海水淡化装置内的海水蒸发过程进行了模拟计算,获得了海水温度、海水盐度、二次蒸汽流速等参数的三维空间分布。详述了传热系数、海水沸点升高、传热温差等参数的空间分布特征。为低温多效蒸发海水淡化装置的工作特征理论提供了支持,为海水淡化装置的大型水平管降膜蒸发器分析与设计提供了理论基础。