旋流降膜器有效蒸发面积研究.pdf

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1、l8C珈MICALENGINEERINGDESIGN化工设计2015，25(2)旋流降膜器有效蒸发面积研究马力潘彦霖夏素兰郑志坚四川大学成都610065摘要对降膜蒸发过程的强化主要是传热传质过程的强化，液膜与汽相的传热传质与液膜流动密切相关。提出的旋流降膜过程，主要增加液膜有效蒸发面积，强化对壁面边界层的扰动，进而强化蒸发过程。理论计算表明进口流量从0．5m。／h增加到2m／h，有效蒸发面积从116cm增加到4897em，实验结果与理论值趋势一致。关键词旋流降膜蒸发液膜宽度有效蒸发面积高效传热传质强化技术为节约能源及提高能柱旋流器边壁处沿

2、切向给入，在旋流器内壁面形源利用效率的重要途径之一。降膜蒸发过程具有成旋转下降液膜的稳定流动状态。液膜在径向离传热温差利用度、蒸发强度高等特点，许多学者心力和轴向重力的作用，正是切向和轴向的三维将其运用于低温热能再生领域。降膜蒸发过程传流动以及它们之间的相互组合形成了旋流器内一热传质与液膜流动面积密切相关J。成膜方式是系列独特的液膜特征J。影响液膜流动面积的主要因素，前人对稳定的降假定旋流液膜在圆周方向为切向速度恒定的膜流动做了大量研究，Weise和Scholl等对不同流运动J，在竖直方向为自由降膜运动，定义旋转动结构下的液膜传热行为进行

3、了实验研究，发现角度0为入口截面至液膜轴向截面的旋转角，将液相对于平板，波纹板、粗糙板在提高传热的同时，膜从0=0到0之间沿圆柱侧面展开，所得流动几更容易发生液膜的断裂，并能够增大压降，而且何形态见图1，在z方向，以液膜高度1／2为参考液膜传热不仅与Re数和Pr数有关，还应该考虑表点，液膜近似为抛物线运动，运动方程：面张力的影响。基于上述学者对降膜蒸发器的研究，本课题㈩组提出一种新型的旋流降膜器。通过流体沿旋流器切向进入，在离心力的作用下，在壁面实现旋转下降液膜的流动状态，在流动过程与汽相主体式中，X为圆柱沿圆周方向运动的水平距离，u。发

4、生蒸发传热传质，本文主要研究旋流降膜过程为液膜切向速度，t为液膜的运动时间，z为竖直液膜几何特征参数以及液膜有效蒸发面积。方向运动距离，u为液膜轴向速度，g为重力加速度。1旋流降膜流动几何形态分析在液膜从宽度为H的入口进旋流器内壁，液旋流降膜过程沿侧面展开几何形态见图1。膜在径向离心力的作用下产生的液膜高度增加的】，f效果，有关文献中对平板射流情况进行了研究，在直角坐标系中，给出了重力场中射流宽度与射流距离之间的关系式-5J。通常在旋转流场中，采用离心力强度来表征离心力相对重力场的强弱，而对于液膜在离心力场中液膜高度H的增长情况，—x作者

5、采用离心力增长因子s来表征离心力场相对于图1旋流降膜过程沿侧面展开几何形态示意图重力场中射流宽度增加的强弱，S定义为离心加速旋流降膜器内的液膜运动，指的是流体自圆度与重力加速度之比。马力：化学工程学院化学工程硕士研究生。夏素兰：教授，硕士生导师，联系方式，E—mail：slxia@scu．edu．cn。基金项目：国家科技支撑计划课题(2013BAC12B01)。马力等旋流降膜器有效蒸发面积研究19S=(2)。对于该体系中，离心力所产生的射流宽度关系式：H()=H。+Sa(rO)H。(坩)(3)式中，H。为旋流器人口宽度，r为旋流器半径，a

6、为重力场中射流宽度随射流距离的增长系数，根据学者ShantanuPramanik的研究结果，a取0．15[引。在圆柱旋流器内的降膜运动，存在最大下降图2旋流降膜蒸发装置示意图高度z。，在此高度液膜的圆周运动存在最大旋转角0一，其关系式：实验时控制进旋流器人口流量分别为0．5、1．0、1．5、2．0m。／h口n一／Z,o(4)，测得旋转角(单位为弧度)mug。为1至最大旋转角处液膜高度值，为了使测得的数式中，Z。为液膜在竖直方向运动距离，也就是旋据更准确，每个测量点重复3次取统计平均值。流器人口到底部的距离。微元3实验结果与讨论在旋流液膜表

7、面绕中心轴取微元角de，的面积表达式：实验结果见图3。dA=H()·r·dO(5)旋流降膜形成的有效蒸发面积为从旋流器人口到最大旋转角0之间的液膜面积，由(5)式E0积分可得有效蒸发面积A表达式：：0工A=』。H㈤()⋯dO_0』m0。ax【IH。+鲁寿c(tO)·‘dO罐趣；(6)链结合(4)式可以得到有效蒸发面积A：一√

8、；i一一4(7)图3旋流液膜高度与旋转角关系理论与实验对比图2实验系统实验结果表明，在相同人口流量下随着旋转实验测量通过旋流蒸发器流动过程液膜参数，角度的增加，液膜高度不断增加，在相同旋转角实验系统见图2。度处，随着

9、人口流量的增加，液膜高度会增大。主要由锅炉、加热水槽、离心泵、旋流蒸发根据液膜高度，结合(6)式可以得到，液膜器等组成。实验蒸发器操作压力为可控，采用蒸面积与人口流量的关系，见图4。理论计算出