水平管外海水降膜流動(dòng)與蒸發(fā)傳熱過(guò)程研究.pdf

1、水平管降膜蒸發(fā)技術(shù)歷經(jīng)多年發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于低溫制冷、食品工程、石油化工和制藥工業(yè)等領(lǐng)域。近幾十年來(lái)，水平管降膜蒸發(fā)技術(shù)在海水淡化領(lǐng)域中也獲得了廣闊的應(yīng)用前景。采用水平管降膜蒸發(fā)技術(shù)的低溫多效蒸發(fā)海水淡化方法由于其傳熱效率高、成品水質(zhì)好、熱源品質(zhì)要求低、抗結(jié)垢抗腐蝕性能好以及裝置運(yùn)行性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其成為熱法海水淡化中的熱門技術(shù)之一。水平管降膜蒸發(fā)技術(shù)在海水淡化中的應(yīng)用因其流體物性、運(yùn)行參數(shù)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等方面的不同而具有其特殊性，因

2、此對(duì)其有針對(duì)性的過(guò)程機(jī)理探索也有待深入。所以，開展對(duì)海水淡化中水平管降膜蒸發(fā)相關(guān)過(guò)程機(jī)理和技術(shù)的研究，對(duì)于換熱設(shè)備理論的完善與技術(shù)發(fā)展具有重要學(xué)術(shù)意義和工程價(jià)值。本文通過(guò)對(duì)水平管外降膜流動(dòng)與蒸發(fā)傳熱過(guò)程的研究，將流動(dòng)與傳熱進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，深入探討其流動(dòng)特性與傳熱變化規(guī)律，以及兩者的相互影響，旨在發(fā)展與完善水平管降膜流動(dòng)與蒸發(fā)傳熱領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和研究技術(shù)，并為海水淡化蒸發(fā)器以及其他水平管降膜設(shè)備的設(shè)計(jì)提供依據(jù)和支持。
　　本文通過(guò)對(duì)

3、水平管外純水與海水的管間流動(dòng)形態(tài)的觀測(cè)，研究歸納了各種管間流動(dòng)形態(tài)的特點(diǎn)，以及各相鄰流動(dòng)形態(tài)的轉(zhuǎn)變臨界雷諾數(shù)，討論了管間距與管徑對(duì)水平管降膜流動(dòng)管間形態(tài)的影響;利用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)對(duì)水平管外液膜厚度的分布進(jìn)行了測(cè)量，全面研究了水平管外液膜厚度在周向角度和軸向長(zhǎng)度上的三維分布規(guī)律，分析了噴淋密度、管徑和管間距對(duì)液膜厚度及波動(dòng)幅度的影響，比較了海水與淡水在管外液膜流動(dòng)狀態(tài)上的差別。此外，對(duì)水平管降膜流動(dòng)構(gòu)建了三維數(shù)值模型用以模擬液膜厚度與速

4、度分布情況。研究結(jié)果表明，管間距的增加使得流動(dòng)形態(tài)的臨界轉(zhuǎn)變雷諾數(shù)有所增大;在管間距過(guò)小時(shí)，管間流動(dòng)形態(tài)將不再遵循傳統(tǒng)劃分的流動(dòng)形態(tài)變化規(guī)律。液膜厚度隨噴淋密度的增加而變厚，隨管間距的增加而變薄。在軸向長(zhǎng)度上，兩根液柱之間的液膜厚度以液柱間距的中點(diǎn)呈“平穩(wěn)段-波峰段-平穩(wěn)段”對(duì)稱性分布。在周向角度上，液膜厚度呈現(xiàn)先減小后增加的變化趨勢(shì)。同情況下，海水液膜厚度較純水薄，且波動(dòng)幅度較純水小。在液膜厚度分布上，數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果取得了較好

5、的一致。
　　本文以水和海水為實(shí)驗(yàn)流體，進(jìn)行了水平外降膜蒸發(fā)傳熱實(shí)驗(yàn)研究，分別對(duì)平均傳熱系數(shù)和局部傳熱系數(shù)進(jìn)行了分析。討論了熱流密度、噴淋密度、蒸發(fā)溫度、鹽度、管間距和管徑對(duì)平均傳熱系數(shù)的影響。將消泡劑這一熱法海水淡化常用添加劑對(duì)平均傳熱系數(shù)的影響進(jìn)行了分析，也討論了噴淋密度、蒸發(fā)溫度、管間距和鹽度對(duì)局部傳熱系數(shù)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，水平管外液膜厚度和波動(dòng)幅度的變化對(duì)傳熱有直接影響。管外平均傳熱系數(shù)隨管間距的增加而增加，過(guò)小管間距導(dǎo)致