MVR降膜蒸发器管内降膜流动及传热研究

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1、学号：12105403常州大学硕士学位论文MVR降膜蒸发器管内降膜流动及传热研究研究生蒋枫指导教师张琳学科、专业名称动力工程及工程热物理化工过程机械研究方向过程强化与节能装备技术2015年4月StudyontheheattransferperformanceandfallingfilmflowinthefallingfilmevaporatortubeADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByJiangFengChemicalProcessMachineryDisser

2、tationSupervisor:Prof.ZhangLinJune，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论

3、文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要针对工业生产中蒸发单元耗能多的问题，提出使用MVR蒸发技术代替传统的多效蒸发技术，并采用降膜蒸发器作为MVR蒸发系统的换热设备，其

4、中降膜蒸发效率的大小关系到MVR蒸发系统能否利用自身产生的二次蒸汽维持系统的高效运行，为了提高降膜蒸发器的传热性能以满足MVR系统利用二次蒸汽作为循环热源的工艺要求，本文采用数值模拟方法，对降膜蒸发管内降膜蒸发流动和传热过程进行了研究，并建立MVR蒸发系统实验平台，对降膜蒸发环节溶液沸点温升进行实验研究，本文的主要研究工作及结论：（1）降膜流动和传热过程的理论研究：阐述了竖直圆管内降膜流动和传热原理，分析了气液交界面剪应力对降膜流动的影响，并且对降膜蒸发形式进行了分析，认为竖直圆管内降膜蒸发传热机理为自由表面蒸发，为

5、本文的数值模拟研究奠定理论基础。（2）降膜蒸发模型的建立与验证：采用VOF法对竖直圆管内液体降膜流动及传热过程建立了三维模型，同时考虑了表面张力和壁面黏附作用对降膜流动与传热特性的影响，并将模拟结果与经验值进行了比较。研究结果表明：不同进液流速（0.8~1.2m/s）下的液膜平均厚度的模拟值与实验关联式的计算值吻合很好，网格无关性得到验证，说明本文的数值模拟方法可靠；本文模拟条件下，不可忽略表面张力对降膜流动特性的影响，进液流速是影响液膜流型的关键因素，进液流速可操作范围为0.8~1.2m/s。（3）降膜蒸发管内液膜

6、流态分析：对液体在降膜蒸发管管壁分布情况进行了分析，并对液膜表面波动效应进行了研究。研究结果表明：蒸发产生的蒸汽对液体流动的扰动作用加剧了液膜表面波动效应，表现为液膜厚度沿管长方向呈类周期变化趋势。（4）气液两相流动力学特性研究：对液膜厚度、壁面剪应力、速度、湍流强度等动力学参数进行了分析。研究结果表明：入口段液膜厚度迅速减薄，入口段长度小于100mm；在汽化、蒸汽逆流、重力和剪应力共同作用下，液膜表面波加速减速运动交替进行；液膜内液体速度满足抛物线分布，距离壁面越远液体速度越大，在气液交界面处达到最大。I（5）降膜

7、蒸发传热特性研究：对液膜内温度场以及壁面热通量进行了分析，并分析了进液流速、传热温差、操作压力等操作参数对降膜蒸发管传热特性的影响。研究结果表明：管内平均传热系数随传热温差和操作压力的增大而增大，当进液流速为0.7m/s~1.2m/s时，管内平均传热系数随进口流速的增大而增大，当进口流速为1.2m/s~1.5m/s时，管内平均传热系数随进口流速的增大而减小。（6）沸点温升实验研究：建立MVR蒸发系统实验平台，对阿斯巴甜废水蒸发过程中沸点温升现象进行实验研究。研究结果表明：当操作真空度在0~80kPa时，阿斯巴甜高含盐

8、废水的沸点升高7.7~13℃，操作真空度越高，沸点温升越小。关键词：机械蒸汽再压缩；降膜蒸发器；两相流；传热；数值模拟IIABSTRACTForagreatconsumptionofenergyforevaporationprocessduringindustrialproduction,anewtechnologyofMVRevaporati