横管外降膜流动与蒸发传热研究

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1、分类号UDC密级编号硕士学位论文横管外降膜流动与蒸发传热研究StudyofFalling-FilmFlowField,HeatTransferandEvaporationonHorizontalTubes孙玉祥学位申请人：贺滔副教授指导教师：一级学科：动力工程及工程热物理二级学科：制冷与低温工程学位类别：工学硕士2015年6月独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下完成的研究工作及取得的研究成果。据我所知，文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河南科

2、技大学或其它教育机构的其他学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：摘要降膜蒸发式换热具有换热系数高、能源消耗小、效率高和操作稳定等显著优点，在现代工业中有着广泛的应用前景。降膜蒸发过程涉及到两相流动中的传质传热等复杂问题，对其换热机理进行深入研究对改善降膜蒸发式冷凝（冷却）设备的性能有显著的意义，本文从理论和实验两个方面对此展开了研究。降膜蒸发过程中涉及到工质的相态变化。由于流体的汽化潜热较大，蒸发过程对换热有重要的影响。本文分析

3、了横管降膜蒸发换热的工作过程，提出了横管降膜流动中的液膜表面蒸发模型，搭建了横管降膜蒸发实验台，并通过实验对液膜表面蒸发模型进行了验证。实验结果表明，所建模型反映了液膜表面的蒸发规律，表面蒸发率沿液膜的流动方向逐渐增大。在实验工况下，当液膜温度小于50Ԩ时，水的汽化潜热占换热管表面热通量的比值小于10%；当液膜的温度大于90Ԩ时，比值大于48%。液膜喷淋入口温度由20Ԩ增加到60Ԩ时，液膜表面蒸发率平均提高了8.5倍。喷淋密度由0.122kg/(m·s)降低到0.052kg/(m·s)时，液膜表面蒸发率提高了6%

4、。随着相对湿度的增加，蒸发潜热量显著下降；在相对湿度增加到80%时，液膜与换热管之间主要通过显热的方式换热。本文建立了横管降膜传热流动的CFD模型，研究了喷淋密度、水温和热通量等因素对换热过程的影响规律，并以水为喷淋工质进行了实验验证。研究发现，在总体范围内换热系数随着换热管角度的增大而降低；在135~180°范围内，换热系数随着角度的增大升高4%；液膜在120~150°的范围内波动最为剧烈，容易导致干涸点的生成。喷淋密度对总体换热系数的提高存在最优值。在给定的分析条件下，喷淋密度达到1kg/(m·s)后，继续提

5、高喷淋密度对提高总体换热系数影响较小。喷淋水的入口温度越高，换热管表面温度与水温的温差越小。在实验范围内，热通量对总体换热系数的影响较小。关键词：横管；降膜；传热；仿真论文类型：应用基础研究选题来源：纵向课题IABSTRACTFallingfilmevaporationprocesshashighheattransfercoefficient,smallheatloss,highefficiency,stableoperationandothersignificantadvantages,andenjoysala

6、rgenumberofapplicationsinmodernindustry.Fallingfilmevaporationprocessinvolvescomplextwo-phaseheatandmasstransferproblems.In-depthstudyofitsheattransfermechanismpossessessignificantmeaningforimprovingtheperformanceoffallingfilmevaporationcondensers.Thispaperca

7、rriedoutaresearchfromthetheoreticalandexperimentalaspect.Fallingfilmevaporationprocessinvolvesthephasechangeoftheworkingfluid.Sincethelatentheatofvaporizationofthefluidislarge,evaporationhasanimportantinfluenceonheattransfer.Thispaperanalyzedtheheattransferpr

8、ocessesofhorizontaltubefallingfilmevaporation..Afallingfilmevaporationmodelwasproposedandverifiedbyexperiment.Theexperimentshowsthatthemodelreflectsthelawoffallingfilmevaporation,andthefa