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水平刻槽管壁面升膜蒸发传热传质耦合研究

王桂荣  
【摘要】:水平刻槽管壁面升膜在毛细压力和润湿力的驱动下随着蒸发的持续形成一层覆盖全管表面的液膜。液膜表面蒸发对液膜的强化传热有很重要的意义。本文的主要研究目的是水平刻槽管壁面液膜蒸发传热传质耦合关系。 本文对水平刻槽管壁面升膜温度场和升膜表面湿空气边界层温度场、水蒸气浓度场进行了数值计算。分别以水和二元溶液为工质对升膜的传热传质性能进行了试验研究。首次将液膜和液膜表面传热传质通过界面蒸发进行耦合。在管壁内埋设0.5mm微型铠装热电偶测得管壁面周向温度分布,将测量结果直接用于数值计算,进而通过求解可以得到液膜内和液膜表面温度值。根据液膜表面温度建立液膜表面边界层数学物理模型,通过假设,得到边界层速度、温度和浓度分布。并对水平刻槽管壁面升膜蒸发传热进行了试验研究。通过试验测得液膜周向厚度、浓度和传热系数及液膜厚度方向温度分布并与理论计算结果进行分析、比较。对以水和以NaCl溶液为工质的升膜传热进行比较,为工程应用提供支持。 研究结果表明测得的液膜厚度和温度分布与理论计算结果相吻合。在热润湿力作用下,槽道间距越小,越有利于液膜的形成并且换热效果也越好。在一定条件下,NaCl溶液比水更易形成升膜,溶液浓度越高,换热系数越大。液膜表面湿空气边界层在卷吸作用下,厚度沿周向逐渐增大。随着液膜厚度增大,在层流范围内,换热系数逐渐降低。液膜表面温度沿周向升高,液膜变薄,蒸发速率增大;当增大管外环境空气的相对湿度时,液膜蒸发受到抑制,液膜换热能力降低。本课题为强化液膜传热传质开辟了新的道路。


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