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水平管降膜流动形态的数值模拟与实验研究

陈敬东  
【摘要】:水平管降膜技术由于其具有较高的传热系数、较低的设备成本、易于实现多级操作和控制被广泛应用在海水淡化系统、化工系统、制冷系统、海洋热能转换等系统中。在水平管间溶液进行降膜的过程中,由于受到溶液性质、管径、管材、管间距、喷口类型、喷淋密度以及气流速度的约束,造成管间流态发生变化,导致管间溶液与空气的接触面积发生改变,所以研究水平管间降膜过程中的流动形态是必不可少的,研究结果对正确建立传热传质模型和实验研究分析有着极其重要的指导意义。 建立了水平管降膜流态模型,通过fluent模拟软件对溴化锂溶液及水在管间流态进行了数值模拟,得到了水平管管间滴状、柱状及帘状的三种流态转变临界值;通过不断的调试流量进行模拟,得到了能够将管壁完全润湿的最小流量值;得到了管径、管材、管间距、溶液性质等因素对管间降膜流态的转变规律;分析了在管外有空气流动时,溶液的降膜流动规律,得到了管间不同流态下Re转变范围,压力、速度最大值出现的区域,以及能够将管壁完全润湿的最小流量。 搭建了水平管降膜实验平台,对水和溴化锂溶液、不同管间距、管径及管材通过高速摄像机分别进行了可视化测试分析。通过实验描述了管间溴化锂溶液液滴的生长过程,并且发现在圆管底部液滴的形成过程中会有水平方向的迁移;实测得到在管间不同流态下Re转变范围,发现实验结果与模拟结果吻合较好;改变管间距或管径,发现随着管间距或管径的增加,管间流态会转换到原来管间流态的上一级;在改变管材的条件下,管间会出现滑移现象,不能稳定的继续润湿下一根圆管。


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