水平螺旋微槽管壁面升膜傳熱傳質(zhì)機理及在海洋平臺海水淡化中的應(yīng)用.pdf

1、當物體空間尺寸微細化后出現(xiàn)了空間微尺度效應(yīng)，時間或空間微尺度化下出現(xiàn)了很多與常規(guī)尺度下的不同物理現(xiàn)象，探索這些物理現(xiàn)象的本質(zhì)，如微尺度時空的傳熱傳質(zhì)、流體流動規(guī)律，發(fā)現(xiàn)這些規(guī)律的研究方法和測試技術(shù)，以及將該方面的研究成果應(yīng)用在工程上，研制開發(fā)微尺度傳熱傳質(zhì)的新產(chǎn)品，都是迫切需要解決的科學(xué)技術(shù)問題，已成為國際傳熱研究前沿的研究熱點。 所謂水平螺旋微槽管壁面液體升膜是指當水平螺旋微槽管的底部表面與液面相切或微微浸入時，由潤濕力、毛細

2、力和溫差驅(qū)動力等克服重力，驅(qū)動液體自下而上在管壁形成均勻連續(xù)的覆蓋整個管表面的薄液膜。采用超景深三維顯微鏡系統(tǒng)可視化觀察了水平螺旋微槽管壁面升膜形成及流動狀態(tài)，在管壁內(nèi)埋設(shè)0.5mm鎧裝熱電偶定點測量水平螺旋微槽管壁面周向溫度。在此基礎(chǔ)上用不平衡熱力學(xué)理論分析水平螺旋微槽管壁面升膜形成的影響因素，流動的驅(qū)動力及其耦合關(guān)系。在對升膜的速度分布和厚度分布進行數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，得出正交曲線坐標系下水平螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)換熱的熱量表達式。建

3、立水平螺旋微槽管壁面升膜傳熱試驗臺，得出水平螺旋微槽管壁面升膜換熱系數(shù)在周向上的分布，并對不同熱流密度及強化措施進行分析比較。對水平螺旋微槽管壁面多組分流體升膜形成及傳熱進行分析，以乙醇水混合物和Nacl溶液為工質(zhì)對不同濃度的多組分流體升膜傳熱進行比較，為工程應(yīng)用提供理論支持。 以單效水平螺旋微槽管壁面升膜海水淡化試驗參數(shù)為依據(jù)設(shè)計更為高效緊湊的多效海水淡化裝置與流程，并進行了數(shù)值分析計算。將水平螺旋微槽管壁面升膜多效海水淡化的

4、各效換熱溫差及造水量與相同工況下豎管降膜海水淡化的相應(yīng)參數(shù)進行比較，分析了水平螺旋微槽管壁面升膜海水淡化裝置在海洋環(huán)境(海洋平臺、艦船)中應(yīng)用的適應(yīng)性。 通過以上研究發(fā)現(xiàn)水平螺旋微槽管壁面升膜形成受到毛細壓力、潤濕力、周向溫差、汽泡等多種因素的綜合作用，各項力對升膜的質(zhì)量和熱量傳遞之間存在耦合效應(yīng)。水平螺旋微槽管壁面升膜不需要循環(huán)泵，且能夠在螺旋微槽中實現(xiàn)欠熱蒸發(fā)和過冷沸騰，通過實驗得出其換熱系數(shù)。對多組份流體在水平螺旋微槽管壁

5、面升膜的形成和換熱有了初步的分析，為適應(yīng)于海洋環(huán)境條件下的海水淡化裝置和流程設(shè)計提供了依據(jù)。對九效水平螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)海水淡化進行參數(shù)計算，并與相同工況下的豎管降膜海水淡化進行比較，水平螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)海水淡化其優(yōu)勢在于可以降低初始蒸發(fā)壓力和蒸汽溫度，有利于在海工設(shè)施上應(yīng)用。通過對水平螺旋微槽管壁面升膜在傾斜角度時流動的數(shù)值模擬，水平螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)海水淡化可以適應(yīng)在搖擺的海洋環(huán)境中應(yīng)用：并分析了不同海域海水參數(shù)(鹽度