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盐水降膜与空气逆流直接接触传热传质数值研究

王维  
【摘要】:为了适应目前全球性的水资源紧缺状况,针对火电厂这个耗水大户中的冷却塔进行节水研究。深入探讨冷却塔中气液两相接触过程的传热传质机理,效率和影响因素,进而分析节水机理,对冷却塔进行节能改造。 为此,本文以VOF模型为基础建立了两相流动模型,并在模型建立中充分考虑了界面剪切力和表面张力对实际流动的影响,提出了两个重要的动量源项。考虑液膜厚度的变化,分析了液相入口速度,板面形式,气相流速对液膜厚度和流场的影响。得到了不同状况下液膜流型图,可以直观的分析各因素对液膜流动的影响。 在流场模型的基础上建立了两相接触传热和传质模型,充分考虑界面处水蒸发造成的质量传递以及由此产生的潜热传递,提出质量源项和能量源项。通过模拟计算分析了不同板面形式,不同空气入口湿度时的显热和潜热传递情况。研究发现粗糙板与光滑板相比由于气液流动接触时间变长且流场扰动增强,传热也明显增强.但是两相间传质稍微减弱。为了验证本文计算的准确性,将模拟结果所得传热系数与Chun和Seban关联式比较,证明了本文计算方法的可行性。结合本文计算结果,拟合得到Nu*准则数,充分考虑了气相中水蒸气质量分数对传质和传热的影响。 根据纯水降膜与空气的传热传质计算,选择最佳的板面形式和液相流速模拟了不同浓度的盐水降膜与逆流空气接触的传热传质情况。分析了盐水与纯水传热传质的差异,以及盐水入口浓度对热质传递的影响,结果表明盐水与纯水相比界面水的蒸发量减少,相应的换热量也减少,并且随盐水浓度的增加水的蒸发量减少的更多,这也就说明了盐水冷却塔可以通过调整盐水浓度来减少蒸发损失,进而有效节水。


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