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含大量不凝气的蒸汽冷凝传热实验研究

王立国  
【摘要】:蒸汽冷凝传热中,不凝气的存在将导致传热过程的严重恶化,所以研究不凝气对冷凝传热的影响,历来受到重视。但是过去的研究大多只涉及极少量或微量不凝气问题,而实际应用中这种情况常有突破。本文工作系“低位热能露点蒸发淡化技术研究”课题的基础研究部分,该过程系在不凝气含量高达50~90%条件下进行的变温冷凝传热。研究含大量不凝气的冷凝传热问题,探索改善传热、提高传热系数的途径,是一个极具挑战性的课题。 在本课题中,影响传热过程的因素主要有空气含量、冷却水流量、冷却水温度及混合气气速。本文建立了含大量不凝气蒸汽冷凝传热研究的实验装置和相应的计算机数据采集系统。通过调节干空气与常压蒸汽的流量和配比,改变冷却水流量和进口温度,分别考察了各种操作条件对蒸汽冷凝传热过程的影响。含不凝气蒸汽冷凝传热过程中,在管程方面,传热管内壁上存在着温度边界层; 壳程方面,传热管外壁上会附着一层冷凝液膜,在汽-液界面与气相主体之间会存在气-汽扩散层,蒸汽只有通过扩散和对流穿过该扩散层才能在冷凝管上冷凝。各种操作条件只有影响到管程的温度边界层或壳程的冷凝液膜层和气-汽扩散层,才能强化或恶化传热过程。在各种影响因素中,不凝气含量对传热过程的影响最大; 高温操作有利于提高传热效率,但不利于提高产水率; 提高冷却水流量能明显提高液侧对流传热系数,但对气侧对流传热系数几乎没有影响,因此提高冷却水流量无助于提高总传热系数; 在不凝气含量一定的情况下,混合气气速越高,越有利于传热边界层的破坏,总传热系数越大。将液侧对流传热系数的实验值与Dittus-Boelter关联式预测值作了比较,以此验证了我们计算方法的合理性。 研究不凝气存在下蒸汽冷凝对流传热的规律,就是为了寻求强化对流传热的途径。研究表明,强化对流传热的途径主要包括:降低混合气中不凝气含量; 提高操作温度; 增大混合气流速。此外,珠状冷凝降液、粗糙的冷凝界面和冷却水间歇操作等,也能对含不凝气蒸汽的冷凝传热强化起到重要作用。


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