水平管束外膜狀凝結(jié)換熱試驗與理論研究.pdf

1、臥式管束外冷凝換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用于能源動力、石油化工、制冷空調(diào)等高能耗領(lǐng)域。工質(zhì)在水平管束外膜狀凝結(jié)換熱是該類設(shè)備設(shè)計開發(fā)面臨的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題,它的有效解決是進一步開發(fā)相關(guān)強化傳熱技術(shù)、自主研發(fā)高效臥式管束外冷凝換熱設(shè)備、提高相關(guān)領(lǐng)域能源效率的基礎(chǔ)。然而,受水平管束外膜狀凝結(jié)換熱問題復(fù)雜程度高、試驗成本高與試驗誤差控制難度大等因素影響,水平管束外膜狀凝結(jié)換熱理論長期發(fā)展緩慢,導(dǎo)致當前水平管束外膜狀凝結(jié)換熱新問題仍依賴試驗求解。而在國內(nèi),針對

2、水平管束外膜狀凝結(jié)換熱的研究剛剛起步,試驗與理論研究基礎(chǔ)薄弱。因此,本文針對水平管束外膜狀凝結(jié)換熱試驗與理論,開展了系統(tǒng)的研究工作。
　　首先,為從試驗層面高精度求解水平管束外的膜狀凝結(jié)換熱問題,本文提出了兩種冷凝換熱試驗測試新方法:
　　1)高精度獲取水平管束冷凝換熱管束效應(yīng)的同源法;
　　2)利用熱電偶高精度獲取水平外冷凝傳熱系數(shù)的小周期標定法。
　　基于兩種新方法提出了系統(tǒng)的試驗誤差控制方法,并結(jié)合試驗方法

3、與誤差控制方法的要求提出了水平管外冷凝換熱試驗系統(tǒng)的建設(shè)方案,系統(tǒng)的完成了試驗系統(tǒng)的設(shè)計、實施、調(diào)試與檢驗,建立了水平管外冷凝換熱試驗平臺。試驗研究了工質(zhì)、工況、換熱管、管束構(gòu)成與不凝性氣體等因素對水平管外冷凝換熱的影響,綜合考察了試驗系統(tǒng)的性能,并為后續(xù)理論研究工作提供必要的數(shù)據(jù)支撐。
　　其次,為從理論層面求解(或描述)水平單管外膜狀凝結(jié)換熱問題,本文基于Nusselt層流膜狀凝結(jié)換熱理論與表面張力對二維肋管外凝結(jié)換熱影響理論

4、分析,提出了幾類水平二維肋管單管膜狀凝結(jié)換熱模型的標準形式,并進一步結(jié)合試驗結(jié)果分析,提出了較完善的二維肋管膜狀凝結(jié)換熱半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。為從理論層面描述肋管強化膜狀凝結(jié)換熱問題,本文基于層流膜狀凝結(jié)換熱極值問題的構(gòu)造與求解,提出了自相似強化因子的概念,建立了自相似強化因子模型,并借助自相似強化因子分析了肋管強化膜狀凝結(jié)換熱的機理。自相似強化因子概念與模型的提出為認清強化換熱現(xiàn)象的本質(zhì)、指導(dǎo)強化換熱表面的設(shè)計與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
　　第三

5、,為從理論層面求解水平管束外膜狀凝結(jié)換熱問題,本文提出了系統(tǒng)的水平管束外膜狀凝結(jié)換熱問題建模方法,建立了水平光管管束膜狀凝結(jié)換熱模型,建立了不考慮表面張力的水平二維肋管管束膜狀凝結(jié)換熱模型。建模工作取得了四項突破:
　　1)提出了管束中凝液的分類與定義方法,明確了廣義與狹義管束效應(yīng)的概念;
　　2)試驗研究了三類凝液(本體凝液、遷移凝液與作用凝液)對水平管外膜狀凝結(jié)換熱影響的差異,并結(jié)合理論分析提出了各類凝液對膜狀凝結(jié)換熱影

6、響的描述方法;
　　3)提出了管束中遷移凝液流型的標準化處理方法,提出了流型標準化處理后管束換熱面上對應(yīng)換熱問題的處理方法;
　　4)引入“排擠”的概念來刻畫遷移凝液所致凝液波動對管束換熱面上膜狀凝結(jié)換熱影響,結(jié)合試驗與理論分析確定了排擠對膜狀凝結(jié)換熱影響的描述方法。
　　本文建立的水平光管管束膜狀凝結(jié)換熱模型,在考慮因素的全面性、預(yù)測值與試驗結(jié)果的一致性方面均明顯優(yōu)于常規(guī)模型,提出的系統(tǒng)的管束外膜狀凝結(jié)換熱問題建模方

7、法與二維肋管管束模型為進一步完善二維肋管管束模型與發(fā)展三維肋管管束模型奠定了基礎(chǔ)。
　　第四,為從技術(shù)層面突破強化水平管束外膜狀凝結(jié)換熱面臨的管束效應(yīng)問題,提出了在管束中添加導(dǎo)液器來控制管束效應(yīng)的方法與技術(shù)措施,試驗驗證了方法的有效性、探索了技術(shù)措施的失效模型及其影響,探討了添加導(dǎo)液器對管束結(jié)構(gòu)與熱工設(shè)計影響、并結(jié)合實例分析了該技術(shù)措施的收益。試驗結(jié)果表明,在管束中添加導(dǎo)液槽可有效控制遷移凝液影響,技術(shù)措施應(yīng)用得當可顯著提高管束綜