板管蒸發(fā)式冷凝器流體流動特性及傳熱實驗研究

板管蒸發(fā)式冷凝器流體流動特性及傳熱實驗研究

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1、華南理工大學碩士學位論文板管蒸發(fā)式冷凝器流體流動特性及傳熱實驗研究姓名:張景衛(wèi)中請學位級別:碩士專業(yè):化學工程指導教師:朱冬生20080501摘要節(jié)能節(jié)水已經(jīng)成為我國能源發(fā)展屮長期規(guī)劃的目標和重大需求。節(jié)能是國家發(fā)展經(jīng)濟的一項長遠戰(zhàn)略方針,也是解決當今能源問題的首要途徑;提高水的重復利用率是節(jié)水的首要途徑。蒸發(fā)式冷凝器作為一種節(jié)能節(jié)水的新型高效換熱設備,在我國能源與水資源日趨緊張的今天得到了快速的發(fā)展和應用。板管蒸發(fā)式冷凝器是根據(jù)薄膜傳熱傳質(zhì)理論和蒸發(fā)冷凝換熱理論和結(jié)合而開發(fā)岀來的一種高效節(jié)能節(jié)水冷卻設備,其工作過程涉及氣液兩相流的流動特性、兩相流的傳熱傳質(zhì)及其耦合,這方面尚無成熟

2、的理論和計算公式,需要對板管表面氣液兩相流的流動特性及傳熱傳質(zhì)進行深入理論研究和實驗研究。本文首先對板管內(nèi)工藝流體冷凝傳熱特性、板管外水膜的流動分布及氣液兩相流熱質(zhì)交換過程進行分析,建立了板內(nèi)流體流動的三維計算模型與板外氣液兩相降膜流動的二維計算模型,利用計算流體力學(CFD)軟件F1uent進行了模擬,研究了板結(jié)構(gòu)、噴淋水量、風量及風向?qū)λち鲃犹匦缘挠绊?,并分析了它們對板管蒸發(fā)式冷凝器的傳熱影響機理。結(jié)果表明:板內(nèi)工藝流體采用對角進出比同側(cè)進岀吋壓力場、溫度場分布更加均勻;波紋的結(jié)構(gòu)尺寸對液膜的流動分布影響較大,較小的觥可以降低重力在液膜表面法向分量的波動程度,降低液膜內(nèi)部壓力

3、場的波動強度,有助于連續(xù)液膜的形成;水膜厚度隨水量的增大而增大,空氣與水并流比逆流更有利于利用液體薄膜強化傳熱的特性。建立了板管蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能實驗平臺。研究了不同風向操作(氣?液兩相并流、逆流與錯流)、噴淋密度、風量、工藝流體進岀口位置及填料對板管蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能的影響,并采用高速攝像儀和紅外攝像儀對板管蒸發(fā)式冷凝器進行了可視化分析,結(jié)果表明:(1)實驗范圍內(nèi),并流操作下,在廠為0.196kg?m'T?S—,U為4.5m-s_時,g丘n積為13.37kW-m.2;逆流操作下,在廠為0.196k呂?,甜為3.0m?s。1吋,g鈿腰為12.60kW.mo2;錯流操作下,在廠為

4、0.186kg?m—1.s—,U為2.5m-sd時,gfh1缸另10?33kW?m五,傳熱效果依次為并流>逆流〉錯流。(2)實驗范圍內(nèi),三種操作在各自最佳風速下,蒸汽對角進出時的熱流密度均比蒸汽同側(cè)進出時大,錯流操作時增幅約4.43%,逆流約4.11%,并流約0?42%;相比較冷凝傳熱系數(shù)、水膜對流傳熱系數(shù)、空氣.水當量傳熱系數(shù)隨噴淋密度的變化情況,只有氣液界面處當量傳熱系數(shù)與總傳熱系數(shù)隨噴淋密度的變化曲線很相似,可以認為氣液界面處的傳熱階段是整個傳熱過程的關(guān)鍵控制階段o(3)相同噴淋密度或風速下,熱流密度隨填料層厚度的增加而增大。通過對板管蒸發(fā)式冷凝器CFD模擬與實驗研究對比分析

5、,結(jié)果表明,本文建立的數(shù)學模型與實驗研究的結(jié)果吻合甚好。本課題通過對板管蒸發(fā)式冷凝器流體流動特性及傳熱實驗研究,豐富了蒸發(fā)式冷凝器的理論研究體系,為進一步研究板管蒸發(fā)式冷凝器的性能及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計提供了參考。關(guān)鍵詞:蒸發(fā)式冷凝器;CFD模擬;可視化;傳熱;降膜IIABSTRACTEnergyconversationandwater—savinghavebecomethelong一termaimandsignificantdemandintheplanningoftheenergydeve1opmentof0121"country.Energyconversationisalong.t

6、ermstrategicpo1icyinthenat?10na1ec0nomicdeve1opmentandthepr?1maryapproachtosolveenergypr0b1em?ThePr■1ncipalmeansofsavingwater?1st0improvetheefficiency■1nrecyc1■1ngwater.Evaporativec0ndenser■1sakindofnewhigh1yeffect?1VeheateXchangeequipm

7、,wefaceaseriouss■1tuat■10nc0ncerningenergyandwaterres0usces?1nCh?1na.Andsuchequipmenthasbe■1nggreat1yimprovedandwide1yaPp1?1edundersuchac?1rcumstance?plate—tubeevaporatitec0ndenser■1sonekindsofnewhighlyeffect?1VeheatexchangeequipmentdeV

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