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".     

降膜微通道内液相成膜特性及气-液传热过程数值模拟

采用流体体积函数(VOF)模型对浓硫酸(w=98%)在降膜微通道内的降膜流动及气-液两相传热行为进行了二维数值模拟。重点分析了液相入口流速对液膜厚度、液膜内速度分布的影响,结果表明液膜厚度与入口流速成正比,液膜内速度呈抛物线型分布。模拟研究了气-液两相入口流速、温度等因素对相间传热系数的作用规律,结果表明传热系数随气、液入口流速的增加而增加,随气相入口温度的增加而降低。与传统设备相比,降膜微通道内模拟所得的液膜努塞尔(Nu)数提高约8.77倍。     

竖直螺旋槽管强化传热传质特性的研究——壁面几何形状对液膜流动特性的影响

该文研究竖直螺旋槽管壁面液膜形成及流动特性，建立了单组分流体的物理和数学模型并得出解析解，并分析了壁面几何形状对液膜流动特性的影响。结果表明：液膜的形状主要受表面张力影响，在表面内弯处液膜较厚，而在槽道起始部液膜较薄，相对于光滑直管、竖直螺旋槽管壁面液膜具有均匀的厚度分布和更好的传热传质性质。     

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。     

竖直管内降膜-高速空气环状两相流的蒸发换热特性理论分析

通过理论分析，研究了竖直传热管内降膜－高速空气环状两相流的蒸发换热特性。结果表明，在直径2－3mm的细小管内，重力的影响可以忽略，气液间摩擦力起支配作用；在直径10mm左右的普通尺寸管内，重力的影响不能忽略；在直径更大的管内，重力的影响起支配作用。对定热流密度条件下的换热特性得到了数值解并整理成简化计算公式。研究结果对竖直传热管内水－空气两相流蒸发换热特性提供了一种基本的流动和传热规律。     

竖直管降膜蒸发器溢流孔式布膜器CFD模拟研究

针对某公司在役竖直管降膜蒸发器换热效果不佳的问题,利用计算流体动力学（CFD）方法模拟研究了径向进液、切向进液以及溢流孔上方液位高度对成膜效果的影响,并进行了实验验证。模拟、实验研究发现：流体径向进入布膜器,仅部分流体沿壁面成膜,造成换热面积的有效利用率不足,进而导致蒸发器换热面积有效利用率低;采用切向孔进入布膜器,流体可在换热管壁面均匀成膜;溢流孔上方液位高度300mm时可保证布膜均匀。     

竖直矩形通道降膜吸收器热质性能的试验研究

试验研究了溴化锂水溶液沿竖直矩形通道降膜吸收过程的传热传质情况。结果表明,溴化锂水溶液降膜流量、吸收压力、溶液进口浓度及进口温度对总传热系数、平均降膜吸收率的影响比较大。     

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。     

GAX循环中垂直管内降膜吸收的数值模拟

基于氨水吸收式GAX循环中垂直管内降膜吸收过程中热质、传递现象的研究,以及对该过程传热和传质的分析,建立了吸收过程热质、传递的数学模型。以单级氨水吸收式制冷装置实验数据为计算初值,对垂直管内降膜氨水吸收过程进行数值计算,计算结果与实验吻合良好。选取吸收管内径、稀氨水的喷淋密度和冷却水流量3个变量,考察液膜主流的平均温度和液膜主流浓度随变量的变化关系,结果表明喷淋密度的影响较显著。     

含不凝气体水蒸气竖直管内冷凝传质传热研究

针对竖直管内含不凝气体水蒸气冷凝传质传热过程开展研究.基于ANSYS Fluent软件平台建立了多相多组分三维数值计算模型,通过将管内中心轴线和壁面上多点温度分布与Kuhn试验结果进行对比,验证了模型的可靠性.在此基础上,考察了混合气体进口温度、速度、压力以及不凝气体体积分数对管内冷凝传热过程的影响规律,并基于不凝气体体积分数修正,提出了竖直管内含不凝气体水蒸气冷凝传热关联式,关联式误差范围为-20%～18%;同时,探究了不凝气体对水蒸气冷凝传质过程的影响规律,发现冷凝水率和平均传质速率随不凝气体体积分数的增大呈现先增大后减小的趋势,少量不凝气体具有促进水蒸气冷凝的作用,不凝气体体积分数为23.2%左右时,冷凝水率和平均传质速率最高.研究结果可为含不凝气体水蒸气的传热关联式和传质模拟研究提供参考.     

LiBr溶液高温竖管降膜吸收过程的实验研究

针对吸收式太阳能海水淡化系统,设计了一套竖管降膜吸收实验装置,以溴化锂溶液为工质对装置进行了实验研究.通过改变水和溶液温度、喷淋量及溶液的浓度,测试了不同工况下系统的运行情况,得出溶液具有较好吸收率的基本条件,给出了系统最佳运行的参数范围.实验表明,在运行压力达到10 kPa和溶液浓度为50%左右的情况下,当被吸收水的温度高于30℃时,溶液已有较好的吸收速率,此时热源的温度仅为45℃～55℃,这十分有利于太阳能集热系统发挥供热效率.     

降膜吸收CO2水平管外滴状流的脉动特性数值模拟

液滴的瞬态行为对强化水平管降膜吸收CO₂装置的性能至关重要。基于VOF（volume of fluid）方法建立了滴状流降膜吸收CO₂的二维模型，引入液滴下坠长度与无量纲时间来分析滴状流降膜吸收CO₂过程中的液滴脉动与管间距和雷诺数Re的关系。结果表明：液体在换热管下侧堆积直至形成液滴的过程中，受到重力、表面张力与惯性的相互作用，液滴的移动方向出现了多次反转；液滴脉动过程中，由于摩擦阻力的存在，随着无量纲时间的增加，液滴脉动幅度逐渐减小；由于管间距的增加提高了液滴在换热管底部交汇时的动能，导致随着管间距的增加，液滴的脉动次数与脉动幅度逐渐增加；在Re不断增加的情况下，液滴滴落速度的减小导致液滴的脉动次数与幅度也逐渐减小。     

溴化锂溶液竖管内降膜蒸发传热性能分析

为了直接高效利用低温烟气余热驱动制冷,对不同热流密度、不同浓度溴化锂水溶液竖管内层流降膜蒸发的传热性能进行了实验研究。结果表明,降膜传热系数随溶液进口浓度升高而减小,随热流密度增加而显著增大。对实验数据进行多元线性回归计算,得到实验范围内降膜传热系数关联式。用该关联式设计降膜蒸发传热的降膜式发生器,并对相同传热量的沉浸式发生器进行设计,性能对比表明,降膜式发生器在传热系数、换热组件重量和体积上有十分显著的优势。     

沈家河水库垂向二维水流的数值模拟

针对沈家河水库宽深比较小,相关参数如流速、温度的变化水平横向比垂向变化较小,建立垂向二维水流模型,在垂向做 变换,将变域变为规则区域,通过采用有限差分等方法进行计算,对沈家河水库的二维水流模拟结果的恰当的,建立的模型有正确的。     

竖直U型地埋管传热性能数值模拟

对土壤源热泵系统在制冷季中垂直U型地埋管的传热性能进行数值模拟,揭示U型管入口水温、入口流速和回填材料导热系数对地埋管传热性能的影响规律.计算结果表明:在30~60°C的入口温度范围内,当雷诺数从3 000提高到11 000时,会使地埋管热流量增大10~23W,但会导致流体进出口温差降低0.2~1.34°C,在工程应用中流体进口流速要控制在一定范围内.水的入口温度和雷诺数分别为45°C和7 000时,回填材料导热系数从0.5 W/m·K增大至2.5 W/m·K,U型地埋管的热流量增大了将近2倍,也就是说在工程应用中,如果在回填土中掺混一定比例的保水材料将会增强埋管换热,并防止埋管长期运行时由于土壤本身保水性差使得土壤板结从而导致埋管失效.模拟结果与实验数据进行对比吻合较好.     

吸收器降膜和滴状吸收过程数值模拟分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器,考虑润湿比、变膜厚和横向对流作用,建立了描述管表面的降膜流动和管间滴状吸收传热传质耦合过程的数学模型,采用涡量流函数法进行数学模型求解。根据数值计算结果,分析了溶液温度、浓度和吸收速率沿管排不同位置和水平管管间的变化,以及溶液喷淋密度和进口浓度对吸收器整体传热传质性能的影响。结果表明,提高喷淋密度可以改善吸收器传热性能,提高溶液进口浓度可改善传质性能,滴状吸收过程约占总吸收量的20%。与实验数据的对比说明建立的数学模型是合理的。     

吸收器降膜和滴状吸收过程数值模拟分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器，考虑润湿比、变膜厚和横向对流作用，建立了描述管表面的降膜流动和管间滴状吸收传热传质耦合过程的数学模型，采用涡量一流函数法进行数学模型求解。根据数值计算结果，分析了溶液温度、浓度和吸收速率沿管排不同位置和水平管管问的变化，以及溶液喷淋密度和进口浓度对吸收器整体传热传质性能的影响。结果表明，提高喷淋密度可以改善吸收器传热性能，提高溶液进口浓度可改善传质性能，滴状吸收过程约占总吸收量的20％。与实验数据的对比说明建立的数学模型是合理的。     

两种非均匀进口速度下尾水管内流CFD模拟分析

对两种不同负荷条件时给定尾水管非均匀进口速度条件,进行了内流计算流体动力(CFD)分析,采用定常流动计算方法对同一问题进行了对比,给出了两种工况条件下,各主要特征截面上的参数变化特征和详细细节,计算分析结果显示A工况速度条件的流动特征明显优于B工况,解决了CFD非均匀进口速度条件下的给定问题．