含不凝气体水蒸气竖直管内冷凝传质传热研究

针对竖直管内含不凝气体水蒸气冷凝传质传热过程开展研究.基于ANSYS Fluent软件平台建立了多相多组分三维数值计算模型,通过将管内中心轴线和壁面上多点温度分布与Kuhn试验结果进行对比,验证了模型的可靠性.在此基础上,考察了混合气体进口温度、速度、压力以及不凝气体体积分数对管内冷凝传热过程的影响规律,并基于不凝气体体积分数修正,提出了竖直管内含不凝气体水蒸气冷凝传热关联式,关联式误差范围为-20%~18%;同时,探究了不凝气体对水蒸气冷凝传质过程的影响规律,发现冷凝水率和平均传质速率随不凝气体体积分数的增大呈现先增大后减小的趋势,少量不凝气体具有促进水蒸气冷凝的作用,不凝气体体积分数为23.2%左右时,冷凝水率和平均传质速率最高.研究结果可为含不凝气体水蒸气的传热关联式和传质模拟研究提供参考.

大型绕管式热交换器高效换热管开发及传热性能测试研究

大型绕管式热交换器高效换热管的开发应用,是优化传热性能的重要依据。本文简要分析了热交换器设备的适用性,并围绕优配换热管管材、优化换热管配件、精准计算参数、实现自动维护等方法,促进高效换热管新品设备合理开发,随即通过传热性能测试结果明晰研发思路,促使传热系数增加15%以上,为工业石化领域创新发展提供明确指引。

引入液固界面效应的滴状冷凝传热模型

针对液固界面相互作用对滴状冷凝传热的影响,以Rose滴状冷凝传热模型为基础,考虑接触角、脱落直径对冷凝传热的影响,对滴状冷凝过程中液滴空间序列上的构象,作时间序列上的重构,建立了包含液固界面效应的滴状冷凝传热模型.模型计算结果表明液固表面自由能差越大、接触角滞后越小则越有利于冷凝传热.为滴状冷凝文献数据间存在差异的原因提供了一个新的解释,即液固界面效应的影响.模型可计算得到在不同界面条件下的不同传热结果,模型计算结果与Rose实验值以及本文滴状冷凝传热实验较为吻合.

固液界面能差效应与冷凝传热强化研究进展

综述了固液界面能差效应强化冷凝传热的新机制及其对纯蒸气及含不凝气的蒸气冷凝传热过程影响的理论和实验研究进展.阐述了引入固液界面能差效应后的膜状冷凝、滴状冷凝和过渡状冷凝传热模型,及模型与实验数据的对比结果.介绍了利用固液界面效应强化纯蒸气和含不凝性气体的混合蒸气冷凝传热的强化技术.

水蒸气在超疏水表面上的冷凝传热

用高温裂解法在紫铜基底上制备了疏水性碳纳米管膜,通过对此碳纳米管膜进行氟化处理,改善了表面的疏水性。在室温下,实验测得水在这种表面上的接触角在90°-130°之间。以水蒸气为冷凝介质的冷凝传热实验表明,水蒸气在超疏水纳米材料表面上能形成较好的滴状冷凝,冷凝传热膜系数可达40000 W／(m2·K)。与纯粹膜状冷凝相比,冷凝传热系数提高3-4倍。分析表明,此碳纳米管膜所产生的附加热阻只占冷凝传热热阻的千分之一,对冷凝传热膜系数的影响可以忽略。

基于人工神经网络的滴膜共存冷凝传热模型的研究

为了研究影响滴膜共存冷凝传热特性的因素,如滴膜区间面积比、滴膜相对位置、表面分割方式,表面过冷度等对冷凝传热的特性共同作用,本文应用人工神经网络技术,建立表面分割数、滴膜区面积比、凝液环数、表面过冷度与强化传热比之间的综合评价预测模型。结果表明,基于Matlab语言的人工神经网络模型具有较高的预测准确率及泛化能力,能够很好的评价和预测不同条件下的冷凝传热特性。

聚四氟乙烯薄膜表面滴状冷凝传热实验研究

为了探索实现滴状冷凝传热的新表面涂层 ,采用离子束动态混合注入技术制备了紫铜基聚四氟乙烯(PTFE)薄膜 ,显著地提高了水蒸气冷凝传热性能。实验表明 ,该表面涂层能够实现常压水蒸气稳定的滴状冷凝形态 ,在表面过冷度 9.8— 1 4 .2K范围内 ,滴状冷凝传热通量和传热系数比膜状冷凝结果提高 30—47倍。同时发现 ,在大气压附近 ,热通量和冷凝传热系数都随着水蒸气蒸汽温度的增加而增加 。

滴膜共存表面强化冷凝传热

滴状冷凝具有很高的传热速率,其冷凝传热系数是膜状冷凝的几倍至几十倍,但是,由于长期维持滴状冷凝表面制备技术的限制,该技术距工业化应用还有一定的距离,在滴状冷凝的研究过程中,经常发现滴膜共存冷凝现象,而且传热系数较普通的膜状冷凝有较大的提高,在以往的实验研究中,往往不能肯定地排除蒸汽中有机杂质的影响,滴膜共存表面的实验研究也间接地证实了蒸汽中是不含有机杂质的,滴膜共存表面也是强化冷凝传热很实用的技术,是滴状冷凝传热过程全面工业化的过渡阶段.所以,研究滴膜共存表面强化冷凝传热的特性具有重要的理论意义和实用价值.Kumagai等报道了在竖平面上垂直分割的滴膜共存表面上冷凝传热的实验.结果表明,当滴状冷凝区和膜状冷凝区的面积比为1:1时,平均热负荷要高于在通常表面上滴状冷凝和膜状冷凝热负荷的算术平均值,而且平均热负荷与表面分割方式和分割数目有关.他们在一种特殊分割形式的表面上得到的最大热负荷高于当全部表面为滴状冷凝时的最大热负荷.

烟道气的冷凝传热与脱硫的实验研究

实验研究了锅炉烟气在轴流式塑料螺旋板空气预热器中的传热特性 .与圆管内和圆形套管内层流单相对流换热进行了比较 .具有烟气冷凝的对流换热研究反映冷凝换热与单相对流换热具有同等重要性 ,与纯蒸气冷凝换热有明显不同 ,也不同于湿空气去湿过程 .采用修正后的古典膜模型对烟气冷凝的计算与实验结果有较好的一致性 .伴随烟气冷凝 ,烟道气中所含 SO2 和 NOx 被冷凝液吸收 ,降低了有害气体浓度 .

实现滴状冷凝的超薄聚合物表面冷凝传热的研究

在紫铜表面上制备了聚八氟环丁烷超薄有机聚合物表面,实现了水蒸气的滴状冷凝.对冷凝表面温度进行了实时动态检测,同时测定了表面性能及冷凝传热系数.

在复合镀层表面上实现滴状冷凝传热的研究

研究了采用Ｎｉ－ＰＴＦＥ复合镀层表面实现水蒸气滴状冷凝的新方法。在对Ｎｉ－ＰＴＦＥ复合电镀工艺研究的基础上，进行了水蒸气在无镀层的黄铜板表面和有复合镀层表面的冷凝传热的对比实验。实验结果表明，在Ｎｉ－ＰＴＦＥ复合镀层表面上可实现水蒸气的滴状冷凝，有着显著的强化冷凝换热效果。

大量不凝性气体存在时不同润湿性传热管冷凝传热特性实验研究

为了提高大量不凝性气体存在时水蒸气的冷凝传热性能,实现对电力、化工、制冷等工业领域中余热的高效回收利用,基于水平管外冷凝传热实验系统,实验研究了氮气-水蒸气混合气体在不同润湿性光滑管和翅片管表面的润湿特性和冷凝传热特性。通过化学刻蚀与自组装方法对紫铜光滑管与翅片管表面进行疏水与超疏水改性处理,并且根据仿生原理,制备了亲水+疏水组合翅片管表面与亲水+超疏水组合翅片管表面。研究发现,当大量不凝性气体存在时,亲水+超疏水组合翅片管的冷凝传热特性最优,水蒸气体积分数对不同润湿性传热管的冷凝传热特性影响显著,并且随着水蒸气体积分数增大,超疏水翅片管和亲水+超疏水组合翅片表面的冷凝形式由珠状冷凝逐渐向膜状冷凝过渡。

滴状冷凝传热机理的研究 (Ⅰ)传热表面的制备及传热性能实验

采用离子注入技术对紫铜表面进行处理,在几种表面上都获得了稳定的滴状冷凝.对各种表面进行了冷凝传热性能实验,并对实验结果进行了分析讨论.

折流杆冷凝器壳侧混合蒸汽冷凝传热研究

折流杆冷凝器是一种新型的管壳式换热器.本文针对折流杆冷凝器的结构特点,提出了折流杆冷凝器壳侧混合蒸气冷凝传热的计算方法,并通过实验加以验证.实验用折流杆冷凝器有两台:一是圆型结构,含折流圈9个、换热管37根,管尺寸φ19×2mm; 另一是矩形结构,含折流圈10个、换热管14根,管尺寸φ25×2.5mm,壳体前侧板设有五块直径为100mm的视镜,以观察冷凝流型.实验用工作介质为乙醇-水、溶剂汽油和溶剂汽油-氮气.在重力控制区和过渡区,实验所得传热系数值与理论计算值的偏差均小于32%.

大量不凝性气体存在时不同润湿性管束对流冷凝传热实验研究

为了实现工业中大量不凝性气体存在场合下蒸气的高效冷凝传热,建立了混合蒸气水平管束外对流冷凝传热实验系统,通过化学刻蚀与自组装方法对光管管束、2D肋管管束和3D肋管管束进行疏水与超疏水表面改性处理。当大量不凝性气体存在时,对不同润湿性管束表面的冷凝形式及管束间冷凝液流型进行可视化观测。实验研究了冷却水流速、混合蒸气流速、水蒸气体积分数等因素对不同润湿性的冷凝式换热器对流冷凝传热系数的影响,并分析不同水蒸气体积分数条件下管束效应的影响。通过实验研究发现,当大量不凝性气体存在时,冷凝液在管束间形成滴状流,水蒸气体积分数对不同润湿性的冷凝式换热器的对流冷凝传热特性影响显著,随着管排数增加,对流冷凝传热系数增大,管束效应对超疏水光管管束的强化作用最大,当水蒸气的体积分数约为11%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.53倍,而当水蒸气体积分数约为23%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.34倍。

聚合物表面性能对强化冷凝传热的影响

对离子束动态混合注入(DIMI)技术制备的黄铜、紫铜、不锈钢和碳钢管基聚四氟乙烯(PTFE)表面的冷凝传热实验发现,用不同加工条件制备的表面具有不同的化学组成、不均匀的表面状态以及不同的物理化学性质,从而导致不同的冷凝成滴面积和传热性能,而且表面加工条件对滴状冷凝传热的寿命有至关重要的作用,不同基体材料应有不同的最佳制备工艺条件.不同工艺条件下制备黄铜基PTFE表面水蒸气竖直管外冷凝传热通量比相应的膜状冷凝提高0.3-4.6倍,冷凝传热系数提高1.6-28.6倍.实验结果也表明冷凝表面基体材料对冷凝传热性能有一定的影响.

类金刚石和厚有机膜促进水蒸气滴状冷凝传热的实验研究

为了寻找适宜的表面处理技术制备能长期地维持滴状冷凝传热型态 ,实验研究了垂直黄铜管外类金刚石和含氟有机薄膜水蒸气常压下冷凝传热特性。两种表面均能促进水蒸气的滴状冷凝型态 ,但类金刚石表面上液滴形状较扁 ,脱落频率不高 ,而有机膜表面的液滴形状、大小以及脱落频率均优于类金刚石表面。在管内冷却水雷诺数为 1 .0× 1 0 4～ 2 .0× 1 0 5时 ,类金刚石和含氟有机薄膜表面的热流密度和冷凝传热系数分别为 4 85～ 80 7k W/ m2 和 1 8～ 2 3k W/ ( m2 · K)、1 71～ 330 k W/ m2 和 4 .8～ 7.2 k W/ ( m2 · K)。含氟有机薄膜表面表现了优良的涂层结合强度 ,寿命实验已经持续了近 1 0个月。

波纹管管外冷凝传热特性分析与实验研究

通过理论分析和实验验证,考察了冷凝流体在波纹管外表面的流动模型与传热情况,推导了波纹管冷凝传热系数的理论计算式;通过实验修正,计算式与实验结果较为一致,误差小于10%。同时研究了波纹管结构参数对波纹管强化传热性能的影响,探讨了其强化传热机理。结果表明,在滞流范围内,波纹管的传热系数为相同条件下直管的3～5倍,若考虑面积增加因素,强化传热效果为直管的5～7倍。

表面纳米结构及其自由能对滴状冷凝传热的影响

通过抛光和氧化刻蚀方法在基体壁面形成微米和纳米尺度的微观结构,然后制备十八烷基硫醇分子自组装膜,从而得到空气中表观接触角为160°的SAM-1表面和空气中表观接触角为116°的SAM-2表面。实验研究了常压条件下两类表面的滴状冷凝传热特性。结果表明两种表面都能够有效提高冷凝传热效果。但是,具有表面纳米结构的SAM-1表面的滴状冷凝传热特性低于SAM-2表面。分析了纳米结构和液固自由能差效应对滴状冷凝传热影响的共同作用机理。

空气-水蒸气流经扰流圈的冷凝传热强化

本文对含高浓度不凝组分存在条件下水蒸汽冷凝传热强化进行了机理分析和实验．结果表明，扰流圈能大大增加气液边界层的湍动强度，具有优越的强化传热、传质效果．在实验范围内，其冷凝传热膜系数是光滑管的１．９～３．５倍．