低温冷凝可视化实验装置设计与竖壁冷凝过程模拟研究

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1、分类号单位代码：密级：无学号：硕士学位论文中文论文题目：低温冷凝可视化实验装置设计与竖壁冷凝过程模拟研究英文论文题目：申请人姓名：张家源指导教师：邱利民教授专业名称：制冷及低温工程研宂方向：空气分离、低温传热与流动所在学院：能源工程学院论文提交日期丄浙江大学硕士学位论文低温冷凝可视化实验装置设计与竖壁冷凝过程模拟研究论文作者签名论文评阅人张鹏教授上海交通大学评阅人教授杭融〒■找评阅人张小斌副教授浙江大学评阅人评阅人答辩委员会主席：姜周曙教授杭州电子科技大学委员蒋宁副教授浙江工业大学委员甘智华教授浙江大学委员金

2、滔教授浙江大学委员张学金教授浙江大学委员答辩日期：学号：浙江大学硕士学位论文浙江大学研究生学位论文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宄工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月。日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关

3、部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期年月日签字日期：义斤年？月夕日学位论文作者毕业后去向：就业工作单位：电话通讯地址：邮编浙江大学硕士学位论文摘要低温冷凝可视化实验装置设计与竖壁冷凝过程模拟研究张家源浙江大学制冷与低温研究所，杭州，摘要大规模工业气体应用促进空气分离设备向大型化发展，空分能

4、耗问题变得曰益突出。空分关键设备主冷凝蒸发器中氮气冷凝侧的传热与流动存在较大的优化提高的空间，其中蕴含的机理性问题即低温流体冷凝。低温流体冷凝是指在低温温区（以下）发生的冷凝现象，低温流体与常规室温流体的物性存在显著差异，导致低温冷凝存在很多特性。而要准确而深入地探究翅片徽小通道内的冷凝两相流动过程，必须掌握其流型信息，这就需要借助先进的可视化手段。低温冷凝的研究在我国基本处于空白阶段，其实验的难点在于低温下绝热密封条件苛刻，以及温度和压力的准确测量。为此本文设计搭建了国内外首个可研究竖壁等结构表面低温冷凝过

5、程的可视化试验装置，冷凝实验段采用带光窗的刀口法兰密封，实现了低温高压可视化装置的可拆密封，并可拆卸更换冷凝表面，以研究各种尺寸、结构及材料的竖壁表面及翅片通道内的冷凝过程。经初步测试，实验装置运行稳定，真空性能良好，漏热影响较小，使用高速摄像机可清楚地观察到氮的冷凝流动现象。竖壁冷凝的实验结果与理论计算结果比较吻合，初步验证了实验装置的准确性和合理性。基于软件建立了氮气在竖壁表面冷凝的二维模型，使用多相流模型对气液界面进行追踪，并借助计算冷凝相变的传质过程，主要考察了温度场、速度场、冷凝液膜厚度等参数。模拟

6、结果表明温度场、速度场分布合理，液膜厚度与理论计算值比较吻合，初步证明该模型的正确性，并且指出了下一步模型的改进方向。关键词：空气分离低温冷凝可视化装置设计数值模拟浙江大学硕士学位论文，，，，浙江大学硕士学位论文，浙江大学硕士学位论文主要符号表主要符号表热适应系数动力粘度气体等压热容表面张力管径拉伸强度相体积函数屈服强度重力加速度动力粘性系数气体分子量运动粘性系数安全系数密度压力，绝对压力潘动能压力差耗散率换热量格技晓夫数汽化潜热雅各布数饱和温度克努森数壁面温度努赛尔数饱和温度普朗特数壁面温度°雷诺数方向速度

7、施密特数方向速度液气密度比液相导热系数气相导热系数浙江大学硕士学位论文目录目录主要符号表第章绪论课题研究背景与意义低温冷凝的研究综述低温冷凝与常温冷凝的主要区别低温冷凝实验研究综述低温冷凝实验结果讨论低温下的可视化实验研究可视化研究的必要性可视化的常见方式低温系统摄像法的研究进展本文主要工作第章冷凝理论与冷凝强化方法膜状冷凝的经典理论及其发展经典理论及其适用范围经典理论的发展与修正低温冷凝的修正关联式冷凝强化方法强化膜状冷凝构造滴状冷凝低温冷凝强化的特点第章低温冷凝可视化实验系统搭建与初步实验实验装置浙江大学

8、硕士学位论文目录杜瓦内装置结构冷凝实验段结构测量系统可视化系统绝热系统力学校核漏热分析辐射漏热连接管的导热漏热残余气体漏热低温可视化中的技术问题实验步骤实验准备步骤实验操作步骤实验数据处理实验系统不确定度分析试验台初步测试运行部分实验结果与分析本章小结第章氮气竖壁冷凝过程的数值模拟软件与多相流模型筒介模型基本控制方程模型建立与网格划分求解方法与参数设置模型参数设置网格无关性验证模拟结果与讨论流场参数