高粘流体在折流板上的降膜流动

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1、＇—＇———戀Ｉ—徐、蓉３ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８巧■１１ｍ嗎日串＂石巧学文直壬查±竺堂ＬＩ领域：化学工程Ｈ作穀名：刘晨＾刘春江教授＿縣ｍ；房放企业别巧；俞鱗高Ｘ＂■．：■天津大学研究生院■＾２０１５年５月高粘流体在折流板上的降膜流动FallingFilmFlowofHighViscosityFluidonBafflePlates学科专业：化学工程

2、研究生：刘晨指导教师：刘春江教授企业导师：俞旭峰高工天津大学化工学院二零一五年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，论己经，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我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。学位论文作者签名签字日期：年ｒ月聲日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关

3、保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检、、。索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编供查阅和借阅同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：户＾导师签名：签字日期日签字日期：日：年ｒ月乂＞少年少月Ｘ厂摘要高粘流体既包含牛顿流体又包含非牛顿流体。由于流体粘度较大，导致其流动困难。即使对于非牛顿流体，在速度较小时，依然可视为牛顿流体处理。目前研究较多的是低粘度的牛顿

4、流体，对于高粘流体的研究较少。为了了解高粘流体在流动过程中的流场及其波动性，进而掌握高粘流体的传热传质特点，本文以水溶性硅油作为介质，通过实验和计算流体力学（ComputationalFluidDynamic，CFD）模拟，对其在折流板上的降膜流动过程中的速度分布，膜厚，表面更新频率等进行了研究。本文首先设计实验装置和流程，通过实验对高粘流体的降膜流动过程进行研究。实验中借助激光多普勒测速仪（LDA或LDV），可得到流体内部各点的瞬时速度。根据计算机显示信号，可得到液膜厚度。实验首先研究了液体流量、粘度对膜厚

5、的影响，并回归出经验公式。接着研究降膜高度和横向位置对膜厚分布的影响。在研究速度分布过程中，首先验证平均速度随时间的变化，确保在不同时间段内测量的速度保持一致。接着，在距板面不同距离处，分别测量了流动方向、板宽方向的速度分布，并得到较为合适的测量位置。在该位置处的不同流量和不同粘度下，分别测量了沿膜厚方向的速度分布。将测得结果与Nusselt理论值比较，发现膜厚和速度的实验值均较Nusselt理论值大。最后得到在一定流量和粘度下的液膜表面更新速率。运用CFD模拟高粘流体在折流板上的流动情况。边界条件均与实验条

6、件一致。分别比较在不同流量和粘度下，在第三块折流板上的膜厚和平均速度。在各个位置上的速度沿膜厚方向的分布，均呈现抛物线状；随着流量的增加，膜厚增厚，速度增大；随着粘度的增加，膜厚增厚，速度减小。综合比较发现，平均速度的模拟值较实验值偏小，膜厚的模拟值较实验值偏大。在较大流量、较高粘度的情况下，模拟值与实验值更为接近，其误差在9%以下。通过实验和模拟可以发现，尽管流体速度很小，但经过折流板后，由于其对流体流动方向的改变，流体的流动产生了明显的波动，加强了表面更新，这对于传质传热过程是比较有利的。关键词：高粘流体

7、；降膜流动；激光多普勒测速仪（LDA）；计算流体力学（CFD）；液膜厚度IABSTRACTHighviscosityfluidincludesNewtonianfluidandnon-Newtonianfluid.Thehighviscositywillresultinflowdifficulties.Therefore,non-NewtonianfluidcanbeconsideredasNewtonianfluidatlowspeed.TheresearchesnowaremostfocusontheNe

8、wtonianfluid,whileresearchaboutnon-Newtonianfluidismuchlittle.Inordertoknowtheflowfieldandfluctuationwhenhighviscosityflowdownalongthebaffleplates,furthermoretoknowthemasstransferandheattransfer,alotof