收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钛表面冷凝特性研究及通用冷凝传热模型建立

齐宝金  
【摘要】:钛制换热设备在石油、化工、能源等领域应用日益广泛,然而钛制换热冗件的传热性能,特别是冷凝传热性能方面的研究,明显落后于工业应用进程。目前,对纯钛表面的冷凝形态存在滴状和膜状冷凝两种迥然不同的观点,从而影响了经济高效钛冷凝器的设计与应用。 鉴于此,本文对钛表面冷凝传热特性进行了深入分析,并进一步探索开发高效的表面改性强化传热技术,使蒸汽在钛改性表面形成不同的冷凝形式。在实验基础上,通过理论分析建立了基于分形理论的通用滴膜共存冷凝传热模型,并将滴膜共存模型应用于钛-水两相闭式热虹吸管冷凝段的传热分析。主要研究内容及结论如下: (1)设计、搭建了垂直试板表面冷凝传热特性评价实验系统,对蒸汽在钛表面的冷凝形态和传热特性进行了可视化实验研究。蒸汽在纯钛及热氧化表面呈滴膜共存的冷凝形式,且200℃热氧化表面传热效果最好,冷凝传热系数较纯钛表面提高10%以上。而蒸汽在双氧水氧化表面及氢氟酸刻蚀后双氧水氧化表面可保持较稳定的滴状冷凝,且后者经两步法表面改性后,冷凝传热效果更佳,分别达纯钛表面的1.8倍和2.3倍。 (2)通过分析发现氧化膜是导致钛表面能降低的主要原因。纯钛表面氧化膜极薄且存在大量氧空穴,经200℃热氧化后,氧化膜增厚且氧与表面Ti原子结合,迅速填补了氧化层中氧空穴形成桥位氧,导致表面能下降;但随着热氧化温度的升高,Ti-O键发生断裂,表面氧空穴增多,表面能反而升高。而双氧水氧化表面及氢氟酸刻蚀后双氧水氧化表面所形成的纳米结构的氧化膜导致其表面能大幅降低,且经两步处理表面形成的微、纳米双重粗糙度结构,具有更低的表面能,是其表面始终保持滴状冷凝形态的主要原因。 (3).与纯蒸汽相比,乙醇-水混合介质更易在纯钛表面形成和保持滴状冷凝;对于纯钛表面,冷凝传热系数随乙醇浓度呈先增后降趋势,当乙醇浓度为8%时,可获得最佳的冷凝传热强化效果,约为纯蒸气的1.3倍。对同一浓度混合介质,随着过冷度的增大,冷凝形态逐渐从滴状转变为非球形滴状冷凝,直至最后转变为沟流形态。此外,蒸气流速对低浓度混合介质的影响较为显著。 (4)基于液滴在冷凝表面的分形分布特性,考虑接触角对分形维数的影响建立液滴分布函数,进而建立不同接触角表面通用滴状冷凝传热模型。根据滴状区面积比率η的不同,提出将膜状区的传热分别按照沟流传热模型(η≥50%)和Nusselt竖壁层流传热模型(η50%)进行计算,从而建立了通用滴膜共存冷凝传热模型。模型与文献数据及本文试验结果吻合较好。适当选取接触角范围,可将大部分文献数据包含在模型内,较为合理地解释了不同文献数据存在差异的原因。 (5)突破以往计算热管冷凝段传热都是按膜状冷凝传热模型进行计算的思路,引入滴膜共存概念,同时考虑到热管内真空度和气液界面剪切应力对热虹吸管冷凝段传热的影响,建立了基于滴膜共存冷凝形态的热虹吸管冷凝段传热模型。 (6)开发、设计了钛-水两相闭式热虹吸管,并自制试验系统进行了热虹吸管传热性能的试验研究。通过实验和理论分析得到,钛-水热虹吸管冷凝段换热系数明显高于铜-水、碳钢-水热虹吸管,而基于滴膜共存冷凝形态建立的热虹吸管冷凝段传热模型与实验结果的吻合度较高。采用本文建立的模型模拟冷凝段传热,比采用Nusselt竖直壁面膜状冷凝模型更为符合管内冷凝实际情况,更能反映钛制热管内蒸气的冷凝传热规律。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 姜明;封汉颍;;内燃机活塞-缸套耦合系统的传热模型[J];科学技术与工程;2006年17期
2 赵玉龙;周立;张碧江;;鼓泡浆态反应器中浸没表面的传热研究[J];燃料化学学报;2006年04期
3 仇君;李莉叶;朱晓慧;;地源热泵埋管换热器传热模型的研究进展[J];广西大学学报(自然科学版);2007年S1期
4 梁基照,李锋华;聚合物/中空微球复合材料传热的理论模型[J];华南理工大学学报(自然科学版);2005年10期
5 王维,倪锋;热型连铸过程的二维稳态传热模型[J];沈阳工程学院学报(自然科学版);2005年04期
6 王维;倪锋;;热型连铸过程的二维稳态传热模型[J];郑州大学学报(工学版);2005年04期
7 杨艳超;苏亚欣;;复合墙体传热温度分布的数值模拟[J];能源与环境;2005年04期
8 苏晓;龚东巧;;地热换热器孔外传热模型研究进展[J];应用能源技术;2006年01期
9 许翔;毕小平;王普凯;;履带车辆传动系统的传热仿真[J];农业机械学报;2007年04期
10 陈万里;姜泽毅;张欣欣;张海燕;;钢管张力减径过程传热模型[J];北京科技大学学报;2008年03期
11 张玉令;高俊国;;桥丝式电火工品瞬态脉冲试验中桥丝的轴向温度分布[J];四川兵工学报;2008年01期
12 蒋绿林;付文彪;徐丽;;新型农村地源热泵地埋管换热器的传热模拟[J];安徽农业科学;2008年13期
13 李成荣;贠江妮;张志勇;;功率器件金刚石薄膜用热沉的传热模型及模拟[J];西北大学学报(自然科学版);2008年05期
14 曲云霞;黄峰;宫晔;;沉浸式污水换热器的传热模型与验证[J];可再生能源;2009年03期
15 高岩;范蕊;赵立华;;多维传热的传递函数方法的建筑热模拟应用[J];暖通空调;2009年08期
16 赵静;赵斌;;空冷凝汽器数值计算方法与传热模型[J];河北理工大学学报(自然科学版);2009年04期
17 张瑞卿;杨海瑞;吕俊复;张强;高胜斌;蔡世林;;循环流化床锅炉炉膛的传热计算[J];动力工程学报;2011年04期
18 王杰;尹燕华;郭建增;颜飞雪;;化学激光器燃烧室传热过程分析[J];舰船科学技术;2011年05期
19 林汉涛;大粒子流化床埋管传热模型研究[J];动力工程;1986年06期
20 熊平广,李吉根,浦胜娣,许汉铭;RELAP5/MOD2/RMA传热模型研究与改进[J];中国原子能科学研究院年报;1997年00期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 唐曦;王勇;;水平埋管地下岩土传热模型中上垫面边界条件的确定方法研究[A];第十四届西南地区暖通空调热能动力学术年会论文集[C];2011年
2 李伟华;茅靳丰;蒋国政;黄玉良;魏征;;地源热泵及地下U形换热器传热研究[A];全国暖通空调制冷2008年学术年会资料集[C];2008年
3 郑秀华;司刚平;周复宗;徐光途;;地源热泵换热孔灌浆材料导热性能实验研究[A];地温资源与地源热泵技术应用论文集(第二集)[C];2008年
4 伍积明;邹忠平;许俊;;高炉冷却板的传热分析[A];重庆金属学会钢铁年会学术论文专辑[C];2002年
5 伍积明;邹忠平;许俊;;高炉冷却板的传热分析[A];中国金属学会第一届青年学术年会论文集[C];2002年
6 吴俐俊;周伟国;徐迅;程惠尔;;高炉冷却壁智能仿真方法的研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
7 林亚玲;李树君;潘忠礼;杨延辰;王远;尹学清;;红外能穿透效应对苹果片灭酶内部传热影响的理论分析[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集(下册)[C];2008年
8 郭辉;袁旭东;;地源热泵地下换热器的传热研究[A];武汉市首届学术年会论文集[C];2004年
9 郑平;吴明;张国忠;缪娟;;寒区土壤源热泵相变传热的仿真分析[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
10 吕晓辰;朱清宇;徐伟;;地埋管换热器和周围岩土的传热分析及工程设计应用[A];全国暖通空调制冷2008年学术文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕俊复;超临界循环流化床锅炉水冷壁热负荷及水动力研究[D];清华大学;2005年
2 李新禹;城市生活垃圾热解设备与特性的研究[D];天津大学;2007年
3 王艳;城市生活垃圾中低温热解特性研究[D];天津大学;2005年
4 皮丕辉;内冷式刮膜薄膜蒸发器传热蒸发与应用研究[D];华南理工大学;2003年
5 余小玲;电力电子集成模块及新型翅柱复合型散热器的传热性能研究[D];西安交通大学;2005年
6 刘冬生;地源热泵实验台及同轴套管换热器传热模型研究[D];吉林大学;2005年
7 吴晓寒;地源热泵与太阳能集热器联合供暖系统研究及仿真分析[D];吉林大学;2008年
8 马交成;连铸坯凝固过程传热模型与热应力场模型的研究及应用[D];东北大学 ;2009年
9 刘永兵;环管反应器中液固两相传递特性的研究[D];浙江大学;2006年
10 苏树朋;基于气体介质的电火花铣削加工技术及机理研究[D];山东大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐刚;直燃溴化锂机组火管式高压发生器传热模型与应用研究[D];中南大学;2004年
2 马宏路;声光调Q Nd:YAG脉冲激光修整青铜金刚石砂轮及磨粒变质层分析[D];湖南大学;2005年
3 罗园;地源热泵地下换热系统温度场分析[D];武汉理工大学;2006年
4 贺晓阳;循环流化床锅炉滚筒式冷渣器传热模型及数值模拟[D];华中科技大学;2007年
5 胡志高;土壤源热泵垂直U型埋管温度场及热扰动分析[D];华中科技大学;2006年
6 金宏达;引射式辐射管燃气燃烧器热工特性的试验研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 张晔;多钻孔竖直U型地埋管传热模型研究[D];北京工业大学;2013年
8 陆艳梅;大坝渗漏传热模型分析与研究[D];河海大学;2006年
9 肖峰;基于热泵系统的地热交换分析[D];北方工业大学;2007年
10 任晓丽;土壤源热泵地下温度场分析的有限元线法[D];北方工业大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 敏丽 沈胜强 陈家骅 张志千;传热全仿真模拟是未来发动机研究的主要方向[N];中国汽车报;2000年
2 赵军;锅炉煤燃烧技术获突破[N];科技日报;2007年
3 本报记者 梁晓云;乙烯裂解炉:千淘万漉大型化[N];中国石化报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978