MVR降膜蒸發(fā)器管內降膜流動及傳熱研究.pdf

1、針對工業(yè)生產中蒸發(fā)單元耗能多的問題，提出使用MVR蒸發(fā)技術代替?zhèn)鹘y的多效蒸發(fā)技術，并采用降膜蒸發(fā)器作為MVR蒸發(fā)系統的換熱設備，其中降膜蒸發(fā)效率的大小關系到MVR蒸發(fā)系統能否利用自身產生的二次蒸汽維持系統的高效運行，為了提高降膜蒸發(fā)器的傳熱性能以滿足MVR系統利用二次蒸汽作為循環(huán)熱源的工藝要求，本文采用數值模擬方法，對降膜蒸發(fā)管內降膜蒸發(fā)流動和傳熱過程進行了研究，并建立MVR蒸發(fā)系統實驗平臺，對降膜蒸發(fā)環(huán)節(jié)溶液沸點溫升進行實驗研究，本文

2、的主要研究工作及結論：
　　（1）降膜流動和傳熱過程的理論研究：闡述了豎直圓管內降膜流動和傳熱原理，分析了氣液交界面剪應力對降膜流動的影響，并且對降膜蒸發(fā)形式進行了分析，認為豎直圓管內降膜蒸發(fā)傳熱機理為自由表面蒸發(fā)，為本文的數值模擬研究奠定理論基礎。
　?。?）降膜蒸發(fā)模型的建立與驗證：采用 VOF法對豎直圓管內液體降膜流動及傳熱過程建立了三維模型，同時考慮了表面張力和壁面黏附作用對降膜流動與傳熱特性的影響，并將模擬結果與經

3、驗值進行了比較。研究結果表明：不同進液流速（0.8~1.2 m/s）下的液膜平均厚度的模擬值與實驗關聯式的計算值吻合很好，網格無關性得到驗證，說明本文的數值模擬方法可靠；本文模擬條件下，不可忽略表面張力對降膜流動特性的影響，進液流速是影響液膜流型的關鍵因素，進液流速可操作范圍為0.8~1.2 m/s。
　?。?）降膜蒸發(fā)管內液膜流態(tài)分析：對液體在降膜蒸發(fā)管管壁分布情況進行了分析，并對液膜表面波動效應進行了研究。研究結果表明：蒸發(fā)產

4、生的蒸汽對液體流動的擾動作用加劇了液膜表面波動效應，表現為液膜厚度沿管長方向呈類周期變化趨勢。
　?。?）氣液兩相流動力學特性研究：對液膜厚度、壁面剪應力、速度、湍流強度等動力學參數進行了分析。研究結果表明：入口段液膜厚度迅速減薄，入口段長度小于100 mm；在汽化、蒸汽逆流、重力和剪應力共同作用下，液膜表面波加速減速運動交替進行；液膜內液體速度滿足拋物線分布，距離壁面越遠液體速度越大，在氣液交界面處達到最大。
　　（5）降

5、膜蒸發(fā)傳熱特性研究：對液膜內溫度場以及壁面熱通量進行了分析，并分析了進液流速、傳熱溫差、操作壓力等操作參數對降膜蒸發(fā)管傳熱特性的影響。研究結果表明：管內平均傳熱系數隨傳熱溫差和操作壓力的增大而增大，當進液流速為0.7 m/s~1.2 m/s時，管內平均傳熱系數隨進口流速的增大而增大，當進口流速為1.2 m/s~1.5 m/s時，管內平均傳熱系數隨進口流速的增大而減小。
　?。?）沸點溫升實驗研究：建立MVR蒸發(fā)系統實驗平臺，對阿斯