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直接接触式换热的试验研究

刘军云  
【摘要】:在开发和合理利用新能源的趋势下,换热器作为合理利用和节约能源、开发利用新能源的关键设备,在工农业生产中得到了广泛的应用。直接接触式换热是一种新型高效的换热方式,与传统间壁式换热相比,具有传热系数高、不易腐蚀、可在低温下操作和不易结垢等优点。因此开展直接接触式换热理论的研究,建立直接接触式换热的换热模型并进行实验研究,对直接接触式换热的设计和推广应用有一定的指导意义。 本文在国内外学者关于直接接触式换热理论研究的基础上,对有望应用于有机朗肯循环中的“油—有机工质”直接接触式换热进行了较深入的研究: (1)结合热力学第一定律、质量守恒定律及动量定理,建立了分散相R245fa在连续相导热油THERMINNOL(?)66中直接接触换热的理论模型: ①建立了分散相单个液滴在连续相溶液中传热的理论模型,导出了分散相单个气泡在连续相中传热的表面(汽液界面)的换热系数关联式:和无量纲怒谢尔特数的关联式: ②建立了分散相单个液滴在连续相溶液中的生长模型,导出了分散相单个液滴在受热蒸发过程中的气泡生长率:dR/dτ=a/2RNuJa、气泡半径比:以及两相气泡完全蒸发时的气泡半径:的表达式; ③建立了分散相液滴群在连续相溶液中直接接触换热的理论模型,导出了直接接触换热器的体积换热系数关联式: (2)设计并搭建了油—有机工质直接接触式换热性能试验测试装置。并对R245fa—HERMINNOL(?)66导热油直接接触式换热系统在不同工况下进行了实验测试。经过与理论模型进行比较,两者的相对误差在10%以内,从而验证了理论模型在预测直接接触式换热性能的精度。此外,实验考察了液柱高度、分散相流量、分散相蒸发量、导热油初始温度和喷孔直径对换热性能的影响规律,得出结论如下: ①体积换热系数随罐内液位升高的趋势为先增大后减小。由此说明,体积换热系数能反映在一定的工质容积条件下换热性能的好与差,但在液柱高度变化时还需要根据实际情况进行分析; ②体积换热系数随分散相流量的增大而增大,随分散相蒸发量的增大而增大,随导热油初始温度的增加而增大; ③体积换热系数随喷孔直径的增大而减小; (3)同传热条件下,直接接触式换热的换热效率是板式换热器的2.13倍。


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