21374.蒸汽橫掠降膜流動水平管束的兩相流動過程研究

1、博士學(xué)位論文蒸汽橫掠降膜流動水平管束的兩相流動過程研究InvestigationonTwo—PhaseFlowProcessofSteamF10wmgacrossFallingFilmHorizontalTubeBundle學(xué)號：10910010學(xué)科、專業(yè)：熱能工程答辯日期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要管束間的氣液兩相流動作為管殼式換熱設(shè)備中的常見現(xiàn)象，廣泛存在于能源動

2、力、海水淡化、石油化工和蒸發(fā)制冷等領(lǐng)域。水平管降膜蒸發(fā)具有在低噴淋密度、小溫差蒸發(fā)條件下高傳熱系數(shù)的優(yōu)點，是最有前景的換熱技術(shù)之一。蒸汽橫掠降膜流動水平管束時，兩相流動過程的深入研究能夠?qū)ο嚓P(guān)換熱設(shè)備的設(shè)計優(yōu)化提供關(guān)鍵性作用。國內(nèi)外對降膜蒸發(fā)的傳熱進行了較全面的研究，但對于降膜蒸發(fā)兩相流動過程，尤其是管外蒸汽橫掠降膜流動水平管束的兩相動力學(xué)特性的研究，還很少見。本文基于實驗觀察、理論分析和數(shù)值模擬的研究方法，對蒸汽橫掠降膜流動水平管束的

3、兩相流動過程進行系統(tǒng)、深入的研究。針對蒸汽橫掠降膜流動水平管束的兩相流動過程，設(shè)計了測量流動阻力和觀測兩相流動的大型實驗臺。實驗研究了蒸汽質(zhì)量流速范圍為031124kg／(m2S1、進口壓力分別為1231kPa(X寸應(yīng)飽和溫度為5070℃)、液體的噴淋密度范圍為002008kg／(ms)等條件下，蒸汽流經(jīng)管束后的壓降數(shù)據(jù)；定量分析了蒸汽質(zhì)量流速、飽和溫度、噴淋密度對流動阻力的影響。選擇正三角形排列和轉(zhuǎn)角正方形排列兩種管束結(jié)構(gòu)，分析了管束

4、排列方式對流動阻力的影響。從液體流速、氣液兩相的接觸面積、液體在管問的流動流態(tài)等方面入手，分析了流動阻力隨著噴淋密度的增加而升高的變化規(guī)律。提出能預(yù)測蒸汽橫掠降膜流動水平管束時流動阻力的新數(shù)學(xué)模型關(guān)系式，關(guān)系式中添加的降膜雷諾數(shù)坼體現(xiàn)了降膜流動對流動阻力的影響，新關(guān)系式能準確計算和定量分析噴淋密度、飽和溫度等參數(shù)對流動阻力的影響?；趯嶒灁?shù)據(jù)，擬合了關(guān)系式中各個相應(yīng)的常數(shù)。應(yīng)用新關(guān)系式，編程計算了蒸汽橫掠降膜管束時流動阻力所造成的溫差損

5、失，分析其隨飽和溫度、噴淋密度、蒸汽流量及管列數(shù)的變化規(guī)律，揭示了進口處飽和溫度對溫差損失的影響比對阻力影響更顯著的規(guī)律。在研究了溫差損失變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，討論了能保證溫差損失不超過給定值條件下，管束結(jié)構(gòu)參數(shù)和其它運行參數(shù)的關(guān)系。選擇蒸發(fā)器中廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)角正方形排列管束為物理模型，建立了二維不可壓縮層流計算模型，采用流體體積函數(shù)方法，同時結(jié)合管間含氣率數(shù)據(jù)，初始化水平管外液膜厚度和液滴直徑，數(shù)值模擬水平管外液體和氣體相互作用下的兩相流動