水平管降膜换热器性能规律研究进展

水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点,被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展,综述了不同操作参数(气体温度、流向及流量,溶液流量、温度及浓度,内部媒介流量及温度等)与结构参数(管径、管间距等)对水平管降膜管间流型、液膜厚度与润湿性等流动特性的影响规律,以及对蒸发传热特性、吸收传热传质特性等换热器性能的影响规律,包括整体性能和局部微细特征,为水平管降膜换热器的性能优化提供理论支撑。指出在不同气流特征以及多因素相互作用下多维度的局部流动与传热传质性能的耦合影响规律以及强化换热手段会是水平管降膜换热器未来研究的重点方向。

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5m先增大,后3m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。

水平管降膜蒸发传热系数影响因素的实验研究

搭建水平管降膜蒸发实验台,分别进行实验流体为海水和纯水的实验,将其结果在不同热流密度、雷诺数(Re)、蒸发温度等条件下进行比较。研究结果表明,在小温差和较低雷诺数下,热流密度对水平管降膜蒸发传热系数基本无影响;两种流体的传热系数均随雷诺数的增大而出现先增后减的趋势;随蒸发温度的升高,海水的传热系数逐渐降低,淡水则逐渐升高;两种流体具有不同的水平管降膜蒸发临界雷诺数。

水平管降膜蒸发器综合传热系数研究

介绍了油田废水的特性及主要成分的参数值。基于在水平管降膜蒸发器传热性能研究现状的基础上,以及热法高倍数蒸发浓缩油田废水的具体任务与要求,建立水平管降膜蒸发器传热系数与污垢热阻的模型,通过有关方程建立污垢热阻与蒸发浓缩时浓度变化的关联式。依据各部分的关联式,经过详细推导,得到水平管降膜蒸发器综合传热系数关联式。根据物理模型和关联式,讨论浓缩倍数和流量变化对水平管降膜蒸发器综合传热系数的影响。结果表明:在蒸发浓缩油田废水时,浓缩倍数的提高降低了水平管降膜蒸发器的综合传热系数。油田废水处理量的增加,在一定程度上强化了水平管降膜蒸发器的传热效率。模拟计算得到水平管降膜蒸发器的综合传热系数在936～940?W/(m2?K)的范围内。

管间距对水平管降膜蒸发流动形态和传热的影响

为了探讨管间距对水平管降膜蒸发的影响，以水为工质，研究了19 mm直径的铝黄铜水平管上降膜蒸发的传热与流动状况。通过对3种管间距在Re范围35～347下液膜流动形态的观测，归纳出水平管降膜流动流态转变时的临界Re数；测量了管壁表面温度和饱和蒸汽温度，计算得到管子表面的平均传热系数和局部传热系数，分析了管间距对局部和平均传热系数的影响。实验结果表明：在较大管间距情况下，不同流态间转变的临界Re数没有明显区别，但是在小管间距情况下，滴柱状向柱状以及柱状向柱帘状转变的Re数会变小；平均传热系数会随着管间距变小而降低，且当管间距为0．3倍管径时，喷淋密度的变化对平均传热系数的影响将变得不明显。此外，沿管周方向顶部的局部传热系数也随管间距变小而明显下降。

水平管降膜蒸发器温度损失的计算与分析

为了研究降膜蒸发管束阻力造成的压降及其对传热的影响,以降膜蒸发器内广泛应用的正三角排列管束为物理模型,采用由实验数据拟合出来的压降系数,计算了压降对应的温度损失,分析了蒸汽产率、饱和温度、管列数和喷淋密度对蒸发温度损失的影响。结果表明:温度损失随喷淋密度、管列数和蒸汽产率的增加而升高,随饱和温度的升高而减小;在相同的蒸汽质量流量下,45℃蒸汽的温度损失是70℃时的6倍,而喷淋密度为0.08kg/(m·s)时的温度损失约是0.02kg/(m·s)时的2倍;大型降膜蒸发器内管束区内的温度损失随管列数的增加呈现抛物线型升高。为保证各效蒸发器的传热效率,提出每一效蒸发器温度损失都相等的等温度损失设计思想,其对低温多效蒸发器的设计具有指导意义。

水平管降膜蒸发器管外液膜的数值模拟

对水平管降膜蒸发器管外液体的成膜情况进行了数值模拟,分析了喷淋密度、管径大小、周向角度等参数对管外液膜厚度及分布的影响,并与相关实验数据进行了比较.结果表明:在喷淋密度一定时,管外液膜厚度在管顶和管底区域较大,在周向120°附近最小;管壁表面的液膜厚度随着喷淋密度的减小而减小,当喷淋密度减小到一定程度时,管壁表面出现了局部"干斑"现象;在喷淋密度一定时,管壁液膜厚度随管径的增大而减小.

水平管降膜厚度分布特性及对传热的影响

为了解水平管降膜流动状况,基于气液两相界面的物理特性,在外径为20～32 mm、管间距为10～40 mm、雷诺数为150～800的范围内,应用电导探针法,实验研究了液膜沿水平管周向分布特性,获得了液膜在10°～170°周向范围内的分布参数,分析了这些分布参数对水平管局部传热的影响.结果表明:Nusselt公式对圆管下半周液膜厚度的预测值明显偏大,在不同工况下,最薄液膜出现在周向角为90°～115°的区域内;液膜厚度随管间距的增加而减小,随雷诺数的增加而增大,管径变化对其影响很小;粗糙管壁可以薄化液膜,传热管结垢区域容易引起液膜破裂,导致"干斑"现象发生.

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。

水平管降膜蒸发器管内汽液两相流动与传热效果的数值分析

水平管降膜蒸发过程流动和传热现象复杂多变,传热过程的观测较困难,为了解蒸发器结构和运行参数对传热效果的影响,建立计算模型,通过计算机程序对水平管内汽液两相流动和传热进行耦合计算.数值计算结果表明,蒸发温度、管径、传热管内外传热温差对传热管内汽液两相流动和传热有较大的影响.对计算结果的分析为蒸发器的热力性能研究和结构设计提供理论参考.

水平管降膜蒸发器的液体分布器设计及传热性能研究进展

综述国内外水平管降膜蒸发器在传热性能方面的研究进展,对喷淋板式、喷淋管式液体分布器有关尺寸的设计方法进行了介绍,提出了水平管降膜蒸发器目前需要解决的问题。

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℃。

水平管降膜蒸发传热的实验研究进展

介绍了水平管降膜蒸发的原理、特点及管束间液膜的流动形态,总结水平管降膜蒸发在实验条件不同时对传热性能影响的研究情况,并提出了进一步研究的方向。

水平管降膜蒸发器防除垢在线清洗系统的研究设计

选用制浆黑液作为试验工质,对水平管降膜蒸发器防除垢在线清洗系统进行了研究设计。试验结果表明,在线清洗系统具有明显的防除垢功效,显著提高了黑液蒸发器的蒸发强度和传热系数,可节能25%以上,减少投资25%以上,并可保持出料浓度的稳定性,原因主要是通过PLC控制长管自旋涡流清洗喷嘴对换热管表面的定时清洗,始终保持换热管表面的光洁度,防止换热管表面垢层的形成和堆积,蒸发运行过程中不再需要各效之间的切换洗涤操作。

水平管降膜蒸发器的研究进展

介绍应用于制冷空调系统的水平管降膜蒸发器的基本原理与结构,给出管间流动模式及传热预测模型的研究现状,分析布液器及管阵布置方式对其性能的影响,为设计制造降膜蒸发器提供一定的参考。

水平管降膜蒸发器传热传质实验研究

水平管降膜蒸发器因传质传热系数高而被广泛应用于淡化水处理中。搭建了水平管降膜蒸发传热实验台,通过对实验结果的归纳,得到了水平管降膜蒸发器的蒸发量随喷淋密度、蒸发温度、热通量的变化规律及热量利用率随蒸发温度的变化规律。结果表明,热通量范围不同时,蒸发量随喷淋密度的变化规律不同;蒸发量随热通量的增大而增大,随蒸发温度的增大而增大;热量利用率随蒸发温度的增大而增大。

低Reynolds数下水平管降膜滴状流动的实验研究

为了充分了解水平管降膜滴状流动现象,以水为实验流体,采用高速高清摄像仪对不同管距下水平管降膜滴状流动进行了可视化的实验研究。实验观察了低Reynolds数Re≤200、管间距s≤40 mm范围内的管间滴状流动过程。根据流动形态的特征,将滴状流动划分为堆积滴状流、不完全滴状流、吊坠滴状流、完全滴状流和不完全回缩滴状流。依据实验结果,绘制了滴状流动形态分区图。提出了分离长度的概念,并讨论了流量对分离长度的影响。研究了低Reynolds数下液滴流动的滴落点间距与流量的关系。结果表明,滴状流的管间流动形态不仅受流量的影响,同时也受管间距的影响。分离长度随着Re的增大呈两段式线性增大。液滴流动的滴落点间距在Re≤100范围内随Re增大而减小,在100<Re≤200范围内趋于平稳。此外,分别建立了分离长度和滴落点间距与Re的关系式。

水平管降膜除湿系统中不同流态的场协同性分析

本文研究了水平管降膜除湿系统中管间液膜的流动方式对传质与传热协同性的影响。利用Fluent软件建立了水平管间除湿溶液的流动模型,研究了管间溶液流型的过渡规律,得到了流型过渡的临界雷诺数,并通过实验验证了模型的正确性。分别以传质协同角和传热协同角作为传质协同性和传热协同性的评价标准,得到了滴状、滴柱状和帘状流态的协同角分布规律。结果表明,液滴、滴柱状和帘状流态的传质协同角随着时间的延长均趋于稳定。液滴流态的平均传质协同角为98°,滴柱状流态的平均传质协同角为96.5°,帘状流态的平均传质协同角为95°。滴状流态的传质协同作用优于滴柱状流态和帘状流态。

水平管降膜蒸发器管外膜状流流动特征研究

为了探究水平管降膜蒸发器管外液膜分布的优劣对其传热性能的影响,课题组建立了水平管三维模型对管外膜状流流动进行数值模拟,得到液膜沿水平管轴向和周向的分布规律,并对膜厚波动幅度Δ进行研究;分析了流量、布液高度及管外径对管外液膜厚度的影响。结果表明:当周向角度一定时,液膜厚度沿水平管轴向小幅波动;膜厚波动幅度Δ在θ为10°~20°时逐渐减小,其最大值为0.16862;在θ为150°~170°时逐渐增大,其最大值为0.36291;当θ为20°~150°时,膜厚波动幅度Δ<0.07500,液膜流动呈现平稳发展的趋势。研究表明液膜沿水平管周向流动可划分为3个区域:θ为10°~20°时为冲击区,θ为20°~150°时为稳定区,θ为150°~170°时为尾流区。液膜厚度随流量的增大而增大,随布液高度和管外径的增大而减小。

水平管降膜蒸发器用制冷剂分布器设计参数讨论

针对水平管降膜蒸发器用筛板式制冷剂分布器的操作流量、开孔数目、开孔大小、孔口流出系数、分布均匀度等设计参数展开讨论,由此总结了制冷剂分布器各设计参数的确定方法,以及制冷剂分布器的理论设计思路;针对筛板式制冷剂分布器设计参数的讨论也适用于其他类型的分布器。