板管蒸发式冷凝器流体流动特性及传热实验研究

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1、华南理工大学硕士学位论文板管蒸发式冷凝器流体流动特性及传热实验研究姓名：张景卫中请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：朱冬生20080501摘要节能节水已经成为我国能源发展屮长期规划的目标和重大需求。节能是国家发展经济的一项长远战略方针，也是解决当今能源问题的首要途径；提高水的重复利用率是节水的首要途径。蒸发式冷凝器作为一种节能节水的新型高效换热设备，在我国能源与水资源日趋紧张的今天得到了快速的发展和应用。板管蒸发式冷凝器是根据薄膜传热传质理论和蒸发冷凝换热理论和结合而开发岀来的一种高效节能节水冷却设备，其工作过程涉及气液两相流的流动特性、两相流的传热传质及其耦合，这方面尚无成熟

2、的理论和计算公式，需要对板管表面气液两相流的流动特性及传热传质进行深入理论研究和实验研究。本文首先对板管内工艺流体冷凝传热特性、板管外水膜的流动分布及气液两相流热质交换过程进行分析，建立了板内流体流动的三维计算模型与板外气液两相降膜流动的二维计算模型，利用计算流体力学（CFD）软件F1uent进行了模拟，研究了板结构、喷淋水量、风量及风向对水膜流动特性的影响，并分析了它们对板管蒸发式冷凝器的传热影响机理。结果表明：板内工艺流体采用对角进出比同侧进岀吋压力场、温度场分布更加均匀；波纹的结构尺寸对液膜的流动分布影响较大，较小的觥可以降低重力在液膜表面法向分量的波动程度，降低液膜内部压力

3、场的波动强度，有助于连续液膜的形成；水膜厚度随水量的增大而增大，空气与水并流比逆流更有利于利用液体薄膜强化传热的特性。建立了板管蒸发式冷凝器传热性能实验平台。研究了不同风向操作（气•液两相并流、逆流与错流）、喷淋密度、风量、工艺流体进岀口位置及填料对板管蒸发式冷凝器传热性能的影响，并采用高速摄像仪和红外摄像仪对板管蒸发式冷凝器进行了可视化分析，结果表明：（1）实验范围内，并流操作下，在厂为0.196kg・m'T・S—,U为4.5m-s_时，g丘n积为13.37kW-m.2；逆流操作下，在厂为0.196k呂〜，甜为3.0m・s。1吋，g钿腰为12.60kW.mo2；错流操作下，在厂为

4、0.186kg•m—1.s—,U为2.5m-sd时，gfh1缸另10・33kW・m五，传热效果依次为并流＞逆流〉错流。（2）实验范围内，三种操作在各自最佳风速下，蒸汽对角进出时的热流密度均比蒸汽同侧进出时大，错流操作时增幅约4.43%,逆流约4.11%,并流约0・42%；相比较冷凝传热系数、水膜对流传热系数、空气.水当量传热系数随喷淋密度的变化情况，只有气液界面处当量传热系数与总传热系数随喷淋密度的变化曲线很相似，可以认为气液界面处的传热阶段是整个传热过程的关键控制阶段o（3）相同喷淋密度或风速下，热流密度随填料层厚度的增加而增大。通过对板管蒸发式冷凝器CFD模拟与实验研究对比分析

5、，结果表明，本文建立的数学模型与实验研究的结果吻合甚好。本课题通过对板管蒸发式冷凝器流体流动特性及传热实验研究，丰富了蒸发式冷凝器的理论研究体系，为进一步研究板管蒸发式冷凝器的性能及结构优化设计提供了参考。关键词：蒸发式冷凝器；CFD模拟；可视化；传热；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