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.     

溢流式布膜铝板液膜厚度和润湿特性实验研究

为了探索高雷诺数(Re>700)时平板降膜厚度规律和溢流式布膜方式下的润湿特性,设计并搭建了垂直铝板降膜实验台,采用电容测厚技术测量了Re为660～1 390时冷态水膜瞬时厚度的变化情况。利用文献数据着重分析了流动长度和Re对平均液膜厚度的影响,并通过图像处理法计算了加湿过程的润湿面积。实验结果表明:在研究工况范围内,随着Re的增大,液膜厚度的最大值、最小值、平均值、标准偏差、波动振幅均存在上升趋势;不同流动长度处液膜厚度存在较大差异,拟合出流动长度L为0.43 m处的平均液膜厚度的经验关联式,计算值和实验值的相对误差控制在±6%范围内;层流向紊流转换的临界Re约为500,临界Re之后的平均液膜厚度随Re的增长速率要高于之前的;在Re为15～200时,润湿比随着Re增加呈现波动增大的趋势,预测平板最小润湿流量约为0.27。     

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.     

竖直平板表面流动液膜厚度的实验研究

液膜厚度是研究液膜流动特性的重要参数,为了得到液膜流动过程中厚度的变化规律,对竖直平板表面上由重力驱动的水膜流动进行实验测量。自主设计并搭建降液膜流动实验台,利用电容式液膜测厚仪统计分析层流流动,距离入口25cm处的流动液膜厚度随时间的演化状况。实验结果表明：在时间域上,观测点的液膜厚度值不断发生变化。Re=297时,0至70 s内的流动液膜的波动性平稳,厚度平均值接近168.5um 。Re=462与Re=627时,在0至40 s时间段内波动较强烈,40至70 s的液膜流动趋于平稳状态。Re=814时,所测时间段0-70 s,液膜波动较剧烈,波动幅度增大。液膜厚度与雷诺数呈正线性相关关系。当Re=814时,每个时间点的液膜厚度在360um以上,高于其他三种不同雷诺数时的液膜厚度。高雷诺数时液膜的波动状况更加剧烈,减小雷诺数有利于形成光滑的液膜。从侧面体现出流动液膜具有不稳定性。     

下降管内壁激冷水降膜流动特性

为了研究Texaco气化炉激冷室下降管内气液两相流动特性,在不考虑气液两相热质传递的条件下,采用数值方法探讨了激冷水流量、入口气体速度对下降管内壁降膜的流动特征、流型与断裂所产生的影响.结果表明,随着激冷水流量增大,下降管内壁降膜连续性越好,气体速度对降膜结构的影响相对较小.当激冷水流量保持不变的情况下,降膜入口速度对降膜连续性的影响比降膜入口厚度的影响显著,增加降膜入口速度对抑制降膜断裂具有更为重要的作用.     

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".     

基于仿生结构对水平管降膜蒸发换热的模拟

水平管降膜蒸发器是广泛应用于海水淡化和化学工业等方面的换热设备。建立了三维数值模型,采用VOF(volume of fluid)方法结合UDF(user defined function)程序对水平管外降膜蒸发过程的换热特性进行了数值模拟研究,深入研究了光管和强化管针对不同管间距、喷淋密度、蒸发温度和管径对液膜厚度以及平均传热系数的影响。模拟结果表明：在相同条件下,强化管的平均传热系数要明显高于光管,可见基于仿生学原理优化换热表面结构能有效提高水平管外降膜蒸发的换热效率。光管和强化管的平均传热系数随着蒸发温度的升高都呈上升趋势,随喷淋密度的增加呈先上升后减少的趋势。光管和强化管的平均换热系数随管间距的增大而增大,随喷淋密度的增加呈先增加后减少的趋势;换热管的平均传热系数随着蒸发温度升高而升高,随喷淋密度的增加呈先上升后下降的趋势。     

纵槽管降膜蒸发传热性能研究

降膜蒸发是一种高效传热方式,本文以水为实验工质对纵槽管降膜蒸发传热性能进行了实验研究。在热通量q=13.2-56.52kW/㎡,液体周边进料流量 =0.419-1.112kg/m.s,传热温差△T=2.02-9.87℃下测量纵槽管传热系数,并与相同操作条件下的光管传热系数进行比较。结果表明：纵槽管强化传热效果在一定范围内随着管内雷诺数增大而增大;在热通量相同时,纵槽管的传热温差仅为光管的51%;纵槽管管外冷凝传热系数为光管的1.77倍,总传热系数为光管的2.14倍,强化效果显著。     

场协同原理强化管外降膜吸收传热特性实验研究

对基于场协同原理设计的两种强化传热管型进行了LiBr降膜吸收水蒸气过程的传热实验研究,并与光滑铜管作比较,考查该传热管型在吸收过程中的强化作用.实验测量参数包括;溶液进出口温度、浓度,流量,冷却水进出口温度、流量等.实验结果表明,两种强化传热管型在低雷诺数时对LiBr降膜吸收传热的强化比分别为20%和50%,而且随着雷诺数的增大而增大.利用场协同理论和降液膜流动的波动特性分析了强化降膜吸收过程传热特性的物理机制,发现速度矢量与温度梯度的夹角及降液膜厚度形成的阻力对对流换热有一定影响.     

界面湍流下溴化锂水溶液膜流吸收强化的研究

利用降膜吸收试验系统 ,研究了在不同的溶液降膜流动雷诺数 Re下 ,无活性介质和加有3× 1 0 -5质量浓度 2 -乙基己醇的溴化锂水溶液降膜吸收强化过程 .结果表明 ,上述两种情况下 ,降膜吸收随 Re的增加 ,溶液侧平均换热系数和吸收传质系数均增大 ;且在 Re<80下 ,加有 2 -乙基己醇的吸收效果比无活性介质的吸收有明显的增强 ,随 Re进一步增加 ,强化效果逐渐变得不明显 .利用激光全息干涉技术 ,观察了流动液膜吸收过程中膜内溶液温度和质量分数变化引起的干涉条纹变化以及液膜流动的表面状况 .观察到 ,加有活性介质吸收中引起的干涉条纹较无活性介质的分布密 ,条纹要细 ,且液膜表面还出现不规则扰动 .这种扰动是由加入活性介质后吸收中溶液表面张力变化所引起的界面湍流     

竖管降膜蒸发器分布器的实验研究

为获得适用于竖管降膜蒸发器的高效液体分布器,对不同结构参数的齿型分布器、锥型分布器和螺旋型分布器进行了冷膜和热膜实验。实验结果表明:通过改变螺旋型分布器的结构参数,可使其具有较高的操作弹性以适应不同需要,但压力损失较大。当用于光管降膜蒸发器时,螺旋型分布器的总传热系数明显高于齿型分布器和锥型分布器的总传热系数。综合分析得出螺旋型分布器的综合性能最优。     

溴化锂溶液在亲水水平圆管表面降膜流动的数值模拟

为了研究润湿性对水平管外降膜流动性能的影响,基于有限元法建立二维两相流模型,模拟了溴化锂水溶液在水平圆管外亲水表面不同润湿性(静态接触角0°~60°)的降膜流动过程;探究了液体在不同润湿性的水平圆管外壁铺展成膜的瞬态特性;分析了稳定后液膜厚度和液膜表面速度的分布特征.结果表明:当水平管外壁润湿性降低或静态接触角增加时,液体在水平管外铺展成膜所需的时间增加,液膜最前端液体的堆积量增大;达到稳定状态后液膜厚度沿周向呈先减小后增大,液膜速度沿周向呈先增大后减小的变化趋势;液膜最小厚度或最大速度位于周向角120°左右;根据液膜厚度沿周向角分布模拟值与实验数据的比较结果,对Nusselt液膜厚度表达式进行了修正.     

不锈钢纵槽管降膜蒸发传热性能

降膜蒸发是一种高效传热方式。以水为实验工质,对不锈钢纵槽管降膜蒸发传热性能进行了实验研究。在热通量q=13.2~56.52 kW/m~2,液体周边进料流量Γ=0.419~1.112 kg/(m·s),传热温差ΔT=2.02~9.87℃下测量纵槽管传热系数;并与相同操作条件下的光管传热系数进行比较。结果表明:纵槽管强化传热效果在一定范围内随着管内雷诺数增大而增大;在热通量相同时,纵槽管的传热温差仅为光管的51%;纵槽管管外冷凝传热系数为光管的2.07倍,总传热系数为光管的1.73倍,强化效果显著。     

螺旋槽管强化传热机理及性能的数值研究

基于Fluent对9根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究,得到了螺旋槽管内流体速度和温度分布,从微观上说明了螺旋槽管强化传热的机理。数值计算结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10 000~45 000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍;Nu和f随槽深e的增加而增加,随节距p的增大而减小。螺旋槽管传热的综合性能明显优于光管,在换热面积和泵功率消耗相同的情况下,综合性能最好的2#管可使换热量提高14%~19%。     

纯铁在均匀液膜下的CO_2腐蚀机制

液膜下的CO_2腐蚀是湿天然气管道内腐蚀破坏的重要形式,对其腐蚀机制的认知还非常有限。自主设计、搭建一套可实现温湿度控制、液膜厚度表征与控制以及三电极电化学测试的试验装置,结合电化学阻抗谱、极化曲线等电化学测试,研究纯铁在不同CO_2分压环境、不同厚度均匀液膜中的CO_2腐蚀行为机制。结果表明:液膜下的CO_2腐蚀过程受阴极扩散控制,电极表面扩散层厚度小于1 000μm;液膜厚度小于1 000μm时,腐蚀速率整体随液膜厚度增大呈增大趋势,因受到CO_2溶解度与腐蚀产物膜的影响,腐蚀速率在液膜厚度为400μm时出现局部极值;液膜厚度小于400μm时,CO_2在液膜中的溶解度是制约腐蚀速率的重要因素;液膜厚度在400～1 000μm时,腐蚀产物膜成为影响腐蚀速率的主要因素;薄层液膜环境下增加CO_2分压既可提高腐蚀速率又可以促进腐蚀产物膜的生成。     

扭曲方管中二次流对传热特性的影响

本文采用数值分析方法,以空气为介质,在雷诺数Re=300～1800和扭率Tr=5～20范围内,研究了等壁温条件下扭曲方管的传热特性。计算结果表明：当Tr相同时,管内Nu随Re的增大而增加;当Re相同时,管内Nu随Tr增大而减小,Re越大,呈现明显的减小趋势。Tr不同时的扭曲方管强化传热指标Num,t/Num,s均大于1,说明了在二次流存在的情况下,扭曲方管具有强化传热的作用。     

液封厚度对双向温差下环形双液层内热毛细对流的影响

液封厚度对液封系统内的热毛细对流有着重要的影响,但已有的大多数研究集中于单向温差下流体在液封系统中的流动.文中采用数值模拟方法研究了液封厚度对双向温差下环形双液层内热毛细对流的影响.模拟过程中,液池底部施加线性温度梯度,自由表面考虑对流换热,厚度比H_r取0.1~0.9,热毛细雷诺数Re取0~1.5×10~6,液池深宽比Γ取0.1、0.2、0.3.结果表明:Re较小时流动为稳态,热毛细对流强度随H_r增大而减弱;当Re不断增大至超过一定值时,流体的流动转变为振荡的多胞流动,流体振荡振幅和流动强度随H_r增大而减小;流动转变的临界值不随H_r单调变化,H_r=0.5~0.7可以使得不同Γ下的临界Re最大,此时流动稳定性最好.     

弯曲通道中凸、凹表面水膜流动特性的数值研究

针对航空发动机吸雨的问题,建立了气流与壁面水膜双向耦合作用的数值分析方法,对弯曲通道中凸、凹表面水膜流动特性进行了数值研究。结果表明:弯曲通道中二次流的作用引起凹面水膜向凸面迁移,在凸面沿垂直流动方向两端形成水膜的聚集区,在凹面的两端则出现水膜厚度减小的现象;来流马赫数与凸、凹表面水膜厚度成负相关关系,水膜流量与凸、凹表面水膜厚度成正相关关系;进口气流角增大导致凸面水膜厚度增大、凹面水膜厚度减小;通道曲率增大引起凸面水膜沿流动方向加剧收缩;相界面处压力波动是引起水膜波动的原因,水膜厚度的波动幅度与来流马赫数和进口气流角成正相关关系。该结果可为改善航空发动机吸雨引起的气动特性恶化问题研究提供参考。     

微结构壁面降膜波动的统计特性

采用非接触测量法,考察了以水为实验体系,中等雷诺数Re为30～200,卡比萨数K_a=6.23×10¹⁰,刻有竖条纹和菱形条纹微结构壁面上液膜的波动统计特性,如平均液膜厚度、标准方差、波动振幅量纲一液膜衬底厚度、波动频率等,并与光滑不锈钢板上液膜特性进行比较,结果表明:即使在微结构壁面,液膜波动同样存在光滑进口区,微结构壁面上液膜的平均液膜厚度、波动振幅和波动频率均大于光滑不锈钢板,微结构壁面和光滑不锈钢板上液膜波动性的演变趋势沿流动方向及随Re变化均基本一致。     

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。