微波加熱管內(nèi)降膜蒸發(fā)過程的傳熱研究.pdf

1、在微波電磁場作用下，液相中極性分子以極高頻率進行取向排列運動造成的振動與碰撞摩擦，使之電能直接轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能而產(chǎn)生的各種效應(yīng)己在物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)中表現(xiàn)出十分廣闊的前景。本文將微波與工業(yè)生產(chǎn)中已廣泛采用的管內(nèi)液相降膜蒸發(fā)相結(jié)合，使之不僅具有傳熱效率高、傳熱溫差損失小、無靜壓頭引起的沸點升高及物料停留時間短等降膜蒸發(fā)的顯著特點，且對粘稠、易結(jié)垢的液體，微波的穿透性帶來的流體內(nèi)部同步加熱可有效改善傳統(tǒng)經(jīng)壁面?zhèn)?/p>

2、熱時對流給熱系數(shù)小、易結(jié)垢等問題。因此，本課題微波加熱管內(nèi)降膜蒸發(fā)過程的傳熱研究具有重要的理論基礎(chǔ)和實際應(yīng)用意義。 本文對微波場下管內(nèi)降膜過程中的傳熱過程進行了初步的理論分析和實驗探討。從傳熱微分方程入手，推導(dǎo)了微波加熱時管內(nèi)流體層流流動的溫度分布式；借鑒微波研究理論，導(dǎo)出了以水為工作介質(zhì)的液膜吸收微波的功率計算式。 采用經(jīng)改造的WP700(MS-2004T)微波爐作為微波發(fā)生器，建立了微波加熱降膜蒸發(fā)實驗裝置。本文通過

3、實驗，對介質(zhì)吸收微波功率計算式進行了驗證，以水為工作介質(zhì)的實驗數(shù)據(jù)與所導(dǎo)出的功率計算均表明，液膜吸收微波的功率與液膜的溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，吸收功率呈下降趨勢，與液膜的介電系數(shù)隨溫度變化的規(guī)律一致。通過實驗考察了相變與非相變過程、不同真空度、不同降膜流量以及降膜膜厚等因素與液體吸收微波功率或蒸發(fā)量的關(guān)系。實驗結(jié)果初步表明：蒸發(fā)相變?yōu)橹鞯募訜徇^程中液體吸收的微波能量隨流量的增大而增加，主要因為液體吸收的微波能量主要用于相變熱，而溫度變

4、化不明顯，不存在溫度升高對微波吸收的抑制作用；在一定的真空度下，隨流體流量的增加或膜厚的增加，液體吸收微波微波功率增加，蒸發(fā)量增加；還通過實驗對比考察了水在同等條件下降膜加熱和容器加熱的性能，結(jié)果表明降膜方式較容器更有利于對微波的吸收。 本文對微波作用下的降膜蒸發(fā)建立了氣一液兩相流的VOF模型，并運用CFD方法對其進行了數(shù)值模擬，得到了微波加熱時液膜體積分率在流場中的分布。模擬結(jié)果顯示，在微波能量作用下，氣一液相界面的范圍相比與