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湿空气及其烷烃混合物的凝结换热研究

李成  
【摘要】:油气冷凝回收、空调制冷、工业余热回收过程中广泛存在伴有凝结的混合气体强迫对流换热现象。本文以湿空气及其烃类混合物有凝结的对流换热为主要研究对象,采用理论分析和实验研究相结合的方法研究翅片管式换热器中有凝结的对流传热传质规律。 建立数学模型,模拟分析了湿空气掠过低温冷壁面时的气液相界面传递特点,探讨了液膜过冷度对液膜发展及凝结换热的影响,分析了不同工况相界面动量、能量和质量传递规律并揭示了忽略凝结液膜厚度对湿空气凝结换热模拟结果的影响。 针对翅片管式换热器的翅片效率在工程应用中的重要性,分别对存在/不存在凝结的圆翅片表面强迫对流换热建立了数值计算模型,模拟分析了Schmidt修正模型在计算翅片效率时的局限性,结合分析解和数值计算结果,讨论了传热翅片效率和传质翅片效率的发展特点,揭示了传质翅片效率在除湿领域的重要意义,基于等效翅片效率提出了精确更高、计算简化的翅片效率计算模型。比较分析了温差法传热方程和焓差法传热方程的特点,依据翅片传热传质特点,导出了两种以上组分凝结时的多组分混和气体凝结换热方程,并对正己烷和湿空气组成的多组分混合物在翅片表面发生凝结时的翅片效率特点进行了分析。 搭建实验台,对湿空气凝结的液膜形态进行了可视化观察,实验研究了湿空气在6种不同结构的翅片管式换热器内对流换热、凝结换热和流动压降,基于实验结果分析了存在/不存在凝结的换热特点,讨论了湿工况下传热方程的形式。基于数值计算结果与凝结实验结果,分析了Lewis数的变化特点。


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