膜内横向对流对溴化锂降膜吸收过程影响的数值计算_崔晓钰

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1、上海理工大学学报第20卷第2期J.UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVol.20No.21998膜内横向对流对溴化锂降膜吸收过程影响的数值计算崔晓钰蔡祖恢李美玲(上海理工大学动力工程学院)摘要建立了包含膜内垂直于膜方向的横向对流的溴化锂降膜吸收过程的数学模型,并对其进行数值求解.通过对计算结果的分析,说明膜内横向对流对吸收过程有一定的影响.关键词对流降膜吸收数值求解中图法分类号TK124降膜吸收型的热质交换器因具有比较高的传液借重力作用沿垂直冷壁面形成液膜下落,蒸汽递系数而广泛应用于化工、制冷等行业中.由于降与

2、液膜接壤.因溴化锂溶液的饱和蒸汽压小于水膜吸收是流动、传热和传质同时进行的复杂过程,蒸气的压力,水蒸汽在降膜表面凝结,被吸收入数值计算难度比较大.长期以来,求解降膜吸收问膜,同时放出吸收热.由于蒸汽吸收及冷壁面吸题一般都不考虑膜内横向对流,在吸收过程中忽热,使膜内温度、质量分数不均匀,发生传递现象.略膜厚的增加,采用Nusselt速度分布.横向对流1.2数学模型相对于纵向流动而言比较小,但其对传热传质的影响却可能是显著的.特别是当吸收剂中两组分假设:的质量分数相当,吸收量比较大时,忽略横向对流a.蒸汽为静止、单组分,汽相传热不计;[1,2]会造成比较大的误差.关

3、于横向对流的影响在b.汽液界面达到相平衡,无切应力;[1～3]行业中一直是有争议的,文献[1]认为两组分c.溶液为不可压缩牛顿型流体,常物性;相当的吸湿盐膜在界面忽略横向对流会产生约d.降膜为充分发展平滑层流,膜内沿流动方50%的误差,文献[2]用数值分析方法预测出吸收向无分子扩散;量较大的低沸点氨吸收忽略横向对流会造成约e.忽略竖板沿流动方向的导热,吸收热全部30%的误差.作者在前人研究的基础上,以溴化锂在界面放出.降膜吸收过程为例,建立包含膜内横向对流的降膜吸收过程的数学模型.采用Patankar-Spalding方法进行坐标变换,并用有限差分法数值求解数学

4、模型,将得到的数值解与不包含膜内横向对流的等膜厚数值解相比较,以说明膜内横向对流在溴化锂降膜吸收过程中所起的作用.1物理模型与数学模型图1竖板降膜吸收示意图1.1物理模型Fig.1Schematicdescriptionofthephysical竖板降膜吸收过程如图1所示.溴化锂浓溶modelandcoordinates收稿日期:1997-12-16第一作者:女,博士研究生上海200093118上海理工大学学报1998年第20卷根据以上假设,对连续性方程、动量方程、能量Reι=du0ι/_方程和质量方程进行简化,得到控制微分方程组边界条件uvx=0,u=1,t=

5、t0,c=c0+=0xyc2k=0,u=0,=0,t=tWuuuku+v=v2+gxyyutdDc2k=0,=0,-λ=Htttkkcku+v=a2xyyf(c,p,t)=02uc+vc=Dc上述方程式中的H、DH和SH所代表的含义2xyy见附表.边界条件附表方程式中Υ、DΥ、SΥ的含义21/3dgW03vΓx=0,u=u0=,W0=Tab.Υ、DΥ、SΥinequation3_dgHDHSHv=0,t=t0,c=c022u16Reι/RegL/u0ut16Reι/RePr0cy=0,u=v=0,=0,t=twyc16Reι/ReSc0utdDcy=W,=0,-

6、λ=H对控制方程组由控制容积法进行离散,线性yycy化源项.采用三对角矩阵TDMA逐线迭代,沿x方向逐步递进求解,计算时网格取92×92.f(c,p,t)=0其中H——吸收热3计算结果与分析Γ——流量线密度对一般工况范围内的溴化锂降膜吸收过程进f(c,p,t)=0为界面相平衡关系式行数值求解,计算结果如图2～9所示,图中实线表2数值解法示不考虑膜内横向对流的数值解,虚线表示考虑膜内横向对流的数值解.为方便求解,引进流函数J,J=∫udy.将方由图2、3可见,考虑膜内横向对流时的温度、程组变换到x-J坐标下.质量分数值低于不考虑膜内横向对流时的值,且定下无量纲参数

7、随x的增大其差别略增.由图4～9可见,考虑膜k=J-JWθ=xu=u内横向对流时的进出口温度差、质量分数差高于Je-JWLu0不考虑膜内横向对流时的差值.质量分数差的变其中JW——壁面流量化较为显著,说明膜内横向对流增强了热量和质Je——界面流量量的传递.由于扩散系数远小于导温系数,膜内横L——板长向对流对质量传递的影响比较明显.将方程组再变换到θ-k坐标下,写成通量形由图4、5可见,随Re的增大,Δt,Δc值略有减式小,说明流量增大,u增大,使v相对减小.由图6、HHH+b′k=DHu+SH7可见,随co增大,Δt,Δc值有所增大,说明进口质θkkk量分数增大

8、,吸收能力增强,膜内的温