低压蒸汽横掠水平降膜管束流动阻力实验研究

采用模拟方法对海水淡化装置中大型水平管降膜蒸发器内的流动过程进行实验研究。管束采用海水淡化装置中广泛应用的正三角形和转角正方形排列,其管间距为1. 3倍管外径。实验在饱和温度为50~70℃,喷淋密度为0.02~0.08 kg·m-1·s-1的条件下进行。分析了管束排列方式、喷淋密度和饱和温度等因素对流动阻力的影响。实验结果表明,流动阻力在正三角形管束下比在转角正方形管束下大得多引入Re_l,Re_g,s_lo/D,s_tr/D等参数来表征各个影响因素并用来拟合有降膜流动时蒸汽横掠管束的压降预测公式。新拟合的公式误差在±15%以内。     

水平管外降膜蒸发传热性能实验研究

建立了降膜蒸发实验台,研究了在低压状态下水平管喷淋降膜蒸发的传热性能.实验蒸发管分别使用光管和某种型号强化管.实验测试了管子结构、喷淋流量以及在喷淋液中加入添加剂对换热的影响.结果表明,喷淋流量增大,管外换热系数和总传热系数都会有一定的增加,当增大到一定程度会出现换热效果变差的情况.强化管的总传热系数比普通光管高62%.本次实验使用的质量分数为4.15%的添加剂对于换热无强化效果.     

垂直向上横掠水平管束两相流型的实验研究

在小质量流速和流动沸腾条件下,对R134a工质垂直向上横掠水平光滑管束的汽液两相流型进行了实验研究,实验的质量流速范围为4~25 kg/(m2.s),质量干度范围为0.02~0.90.通过可视化观察,发现泡状流、块状流和环状流等3种流型.对汽液两相流的压差波动信号的功率谱特征进行分析的结果表明,压差时域信号的功率谱密度可以客观地鉴别泡状流、块状流和环状流3种主要流型.     

水平管外降膜流动液膜厚度数值模拟

建立了水平管外液体降膜流动过程的物理数学模型并对其进行了数值模拟研究,将模拟结果与文献中的理论值和实验值做了比较,变化趋势吻合较好.通过计算不同雷诺数下沿管壁周向的液膜厚度及液膜分布情况,分析了结构和流动参数对液膜厚度与分布的影响规律.结果表明:液膜厚度随雷诺数的增大而增大;当雷诺数一定时,管壁周向液膜厚度呈先减小后增大趋势并随管间距的增大而减小,并且随着雷诺数的增大,管壁周向液膜波动增大且易出现"干区".     

空气－水在壳侧垂直向上、向下横掠水平管束的两相流动特性

对空气－水混合物在壳侧垂直向上、向下横掠水平管束流动时的平均截面含气率及两相摩擦压降进行了实验研究。管束为正方形顺排，管间距离与管径之比１．２８．试验表明，质量流率对平均截面含气率及两相摩擦压降有显著的影响；截面含气率的测量值明显低于均相模型的预测值。提出了壳侧垂直向上、向下横掠水平管束时预测截面含气率及两相压降的新的关联式。     

水平管间溴化锂溶液滴状降膜流动分析

对溴化锂溶液在水平管间的实际液滴流动过程进行了记录分析,以改进目前滴状降膜吸收数值模型中的理想化球形液滴假设.使用高速摄像机,对16 mm管间距下溴化锂溶液滴状流动过程进行了拍摄.采用图像边缘识别技术、样条拟合和二维曲线旋转积分方法,得到了液滴表面积和体积关于时间的变化关系.根据液滴的发展特点,将管间液滴形成划分为悬垂拉伸、不稳定液柱和破裂降落3个阶段,据此提出了不同溶液流量下液滴形成的预测模型.管间液滴表面积和体积发展的预测曲线与实测结果吻合较好.该模型可以在滴状降膜传热传质数值计算中得到应用.     

横掠管束非稳态周期性充分发挥流动的数值模拟

以锅炉省煤器中的流动和换热为应用背景,分别采用稳态和非稳态的数学模型对横掠管束的周期性充分发展流动进行了数值模拟,结果表明,在Re大于150到小于1000的范围内,横掠管束的周期性充分发展流动问题是非稳态的,当采用稳态模型时,数值计算结果会随迭代次数的增加而振荡,得不到收敛的稳态解,当采用非稳态模型计算时,对节距较小的情况,在管的后缘处得到对称的非稳态涡;对节距较大的情况,在管的后缘处得到周期性脱落的非对称涡。     

空气—水在壳侧垂直向上,向下横掠水平管速的两相流动特性

对空气－水混合物在壳侧垂直向上，向下横掠水平管速流动时的平均截面含气率及两相摩擦压降进行了实验研究，管速为正方形顺排，管间距离与管径之比１．２８。试验表明，质量流率对平均截面含气率及两相磨擦压有显著的影响；截面含气率的测量值明显低于均相模型的预测值，提出了壳侧垂直向上，向下横掠水平管束时预测截面含气率及两相压降的新的关联式。     

横掠周期性密集管束流动换热的数值模拟

在较宽的雷诺数范围内,使用CFD软件、SIMPLE算法和QUICK格式,对流体横掠不同管间距的顺排密集型管束,在周期性充分发展段的流动换热进行了数值模拟.选用几何间距与经验公式中相同的管束模型进行计算,将数值结果与前人已存在的经验公式和实验结果进行比较,确保数值模拟方法的正确性.通过分析3种不同计算模型的流场、换热系数等,验证了针对高度密集管束采用周期性边界条件和对称性边界条件的合理性.将其与大间距顺排管束的流动换热特性进行对比,结果表明,密集管束换热系数最高可达大间距管束换热系数的3倍,可为工业上换热器管排布置方式提供参考.     

水平管降膜蒸发器的管束列数优化数值模拟

基于分布参数方法,对大型制冷系统中水平管降膜蒸发器的换热特性进行管束列数优化数值模拟,计算了饱和液态制冷剂HFC-134a在水平铜管束外的流动蒸发换热特性,并考虑不同降膜管束列数和蒸发器中的满液管排数对蒸发器换热特性的影响,提出采用质流场均匀性因子来评价降膜蒸发器的换热性能.结果表明:在满液管排数一定的情况下,降膜蒸发器的管束布置列数越少,则降膜传热管外干斑面积越小;质流场均匀性因子越大,蒸发器换热特性越好.     

H形鳍片管束传热与阻力特性实验研究

为实现H形鳍片管束的性能与结构的优化设计，在对H形鳍片管束的传热机理进行分析的基础上，对优化结构的H形鳍片管束的传热与阻力特性进行了模化实验研究，并将实验结果与有关方法的计算结果进行了比较，为H形鳍片管束的设计提供了可靠的依据．     

强化管表面结构对竖管降膜流动特性的影响

为了研究强化管表面结构对竖管降膜流动特性的影响,搭建了竖管降膜流动冷态实验台,利用光谱共焦位移传感器和高速摄像仪对强化管和光管进行了对比研究。实验中,降膜流量通过调节高位水箱内静液柱高度H和布液器环隙间距Δd控制,使降膜雷诺数Re在0～4 500变化。测试结果表明:当02 000时,强化管的液膜厚度逐渐高于光管,且随着Re的增大,二者差值越趋增大;相对于光管,强化管润湿管壁的最小流量约为光管的1/3,明显小于光管,表明强化管有利于液膜的铺展;当降膜流动处于层流时,在入口段强化管与光管的降膜波动特性无明显差别,但光管较先进入充分发展区,随后波动强度逐渐小于强化管;当降膜流动呈湍流时,强化管的波动强度明显高于光管,当Re达到4 200时,在测试范围内强化管的平均波动强度较光管高出约8%,说明强化管的表面结构增强了液膜的扰动,更利于降膜蒸发过程传热传质。以上结论可为强化管用于竖管降膜蒸发器的研究提供有益参考。     

横肋管中的流动阻力

以三种不同直径的铜管和有机玻璃管构成实验管路系统,研究了横肋管中空气流动阻力特性。在峰高为(0.01～0.11)d,间距为(7～40)d,Re=400～100000范围内,试验提供了从层流到湍流范围内完整的阻力系数曲线。从阻力形成机理,分析了横肋的峰高k,间距s,厚度w等因素对阻力系数的影响。并得到了简明的数据关联式f_r/f_s=1+128(k/d)~(1.36)(s/k)~(-0.41)Re~(0.25) 式中f_r为横肋管阻力系数;f_s为光滑管阻力系数;d为管径。     

竖直管内R113降膜流动数值模拟

为研发有机工质余热发电降膜蒸发装置,采用RNG k-ε模型对氟利昂(R113)竖直管内气液两相逆流降膜进行数值模拟。对液膜的流动形态和速度特性进行详细的分析研究。研究发现在沿管长方向的流动过程中,流速呈现出逐渐增大的趋势,但随着流动的发展,这种增势变缓。膜厚由均匀变至厚薄交替并呈现出平稳段、波动段和震荡段三种不同的流动形态,虽然出现震荡波动但无断裂,与理论值对比模拟结果较可靠。     

水平管外降膜流动的膜厚测量和数值模拟

采用激光诱导荧光法结合数字图像处理技术对水平管外降膜流动的液膜厚度进行了测量,得到了常温常压下水在水平光滑管和Turbo-CII强化管外降膜流动的过程中,液膜厚度随流量、管周角度和液体分布装置布液高度变化的规律.采用Fluent软件对单根水平管外的流动情况进行了二维数值模拟,并把计算结果和实验结果进行了对比.实验和模拟结果表明:上半周的液膜厚度比下半周的大,且在水平管上半周沿顺时针方向随着角度的增大而变小,而在水平管下半周变化不大,液膜最薄点出现在水平管下半周靠近90°附近的位置;液膜厚度随着流量的增大而变大,随着布液高度的增大而变小;管外液膜流动有波动,上半周的液膜波动比较大,Turbo-CII强化管外液膜表面的波动要比光滑管的小.     

水平管排外降膜蒸发换热特性

采用层流和紊流两种模型对水平管外垂下液膜的强制对流蒸发换热性能进行了数值计算 .计算中 ,对管顶部的冲击滞止区和管侧部的自由绕流区分别采用不同的坐标变换方法进行微分方程组简化 .根据滞止区计算结果确定自由绕流区的初始边界条件 ,排除了以前类似计算中人为假定计算边界条件的缺陷 .紊流计算采用壁面函数法 .计算结果和作者的单管和管排实验数据及其他研究的实验数据进行了比较 ,结果表明 ,实验值处于层流解和紊流解之间 ,更靠近紊流解 .实验证明 ,单管和三管管排的平均换热系数十分接近 ,数值计算结果对管排中各管都能适用     

基于小波分析的垂直向上横掠水平管束汽液两相流流型辨识

在小质量流速和流动沸腾条件下,对R134a工质垂直向上横掠水平光滑管束的汽液两相流型进行了实验研究,实验的质量流速范围为4~25 kg/(m2.s),质量干度范围为0.02~0.90.通过对各流型下的压差脉动信号进行离散小波分析,得到了各流型下压差脉动信号的尺度能量分布特征,并以尺度能量分布为特征矢量建立了流型辨识的规则.研究结果表明,该方法能够较好地鉴别泡状流、块状流和环状流3种主要流型.     

空气－水混合物横掠垂直管束流动特性的研究

对空气－水两相混合物在折流板壳管式换热器壳侧沿水平方向横掠垂直管束的截面含气率及摩擦压降进行了实验研究。试验表明，截面含气率的测量值小子均相模型的预测值，且随质量流速的增加而增大，提出了一种新的截面含气率的计算模型。试验发现，两相摩擦因子能很好地与马蒂内利参数关联，并与流型有关。     

影响水平管降膜管间流态因素的实验研究

水平管降膜管间流态是影响其技术应用的重要参数之一。采用实验研究的方法,通过搭建水平管降膜流动形态的实验装置,选用溴化锂溶液作为实验溶液,研究管间距和管材对水平管降膜管间流态的影响。实验研究表明,管间距略微增大时,管间流态与未改变管间距时流态的上一级流态相同。继续增大管间距到大于原来的2倍,流态最终会变为滴状;但出现部分交叉滴状流。当管材由铜管变为塑料管后,溶液在管间会出现倾斜的情况,即不能够垂直湿润相邻的圆管;并且管间小部分溶液会出现向下一级流态转变的趋势,直接影响到管间流体的连续性。     

空气—水混合物横掠垂直管束流动特性的研究

对空气－水两相混合物在折流板壳管式换热器壳侧沿水平方向横垂直管束的截面含气率及摩擦压降进行了实验研究，试验表明，截面含气率的测量值小于均相模型的预测值，且随质量流速的增加而增大，提出了一种新的截面含气率计算模式，试验发现，两相摩擦因子能很好地马蒂内利参数关联，并与流型有关。