水平管束外膜狀凝結(jié)換熱試驗(yàn)與理論研究.pdf

1、臥式管束外冷凝換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用于能源動(dòng)力、石油化工、制冷空調(diào)等高能耗領(lǐng)域。工質(zhì)在水平管束外膜狀凝結(jié)換熱是該類設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)面臨的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題,它的有效解決是進(jìn)一步開發(fā)相關(guān)強(qiáng)化傳熱技術(shù)、自主研發(fā)高效臥式管束外冷凝換熱設(shè)備、提高相關(guān)領(lǐng)域能源效率的基礎(chǔ)。然而,受水平管束外膜狀凝結(jié)換熱問題復(fù)雜程度高、試驗(yàn)成本高與試驗(yàn)誤差控制難度大等因素影響,水平管束外膜狀凝結(jié)換熱理論長期發(fā)展緩慢,導(dǎo)致當(dāng)前水平管束外膜狀凝結(jié)換熱新問題仍依賴試驗(yàn)求解。而在國內(nèi),針對

2、水平管束外膜狀凝結(jié)換熱的研究剛剛起步,試驗(yàn)與理論研究基礎(chǔ)薄弱。因此,本文針對水平管束外膜狀凝結(jié)換熱試驗(yàn)與理論,開展了系統(tǒng)的研究工作。
　　首先,為從試驗(yàn)層面高精度求解水平管束外的膜狀凝結(jié)換熱問題,本文提出了兩種冷凝換熱試驗(yàn)測試新方法:
　　1)高精度獲取水平管束冷凝換熱管束效應(yīng)的同源法;
　　2)利用熱電偶高精度獲取水平外冷凝傳熱系數(shù)的小周期標(biāo)定法。
　　基于兩種新方法提出了系統(tǒng)的試驗(yàn)誤差控制方法,并結(jié)合試驗(yàn)方法

3、與誤差控制方法的要求提出了水平管外冷凝換熱試驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)方案,系統(tǒng)的完成了試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、調(diào)試與檢驗(yàn),建立了水平管外冷凝換熱試驗(yàn)平臺(tái)。試驗(yàn)研究了工質(zhì)、工況、換熱管、管束構(gòu)成與不凝性氣體等因素對水平管外冷凝換熱的影響,綜合考察了試驗(yàn)系統(tǒng)的性能,并為后續(xù)理論研究工作提供必要的數(shù)據(jù)支撐。
　　其次,為從理論層面求解(或描述)水平單管外膜狀凝結(jié)換熱問題,本文基于Nusselt層流膜狀凝結(jié)換熱理論與表面張力對二維肋管外凝結(jié)換熱影響理論

4、分析,提出了幾類水平二維肋管單管膜狀凝結(jié)換熱模型的標(biāo)準(zhǔn)形式,并進(jìn)一步結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析,提出了較完善的二維肋管膜狀凝結(jié)換熱半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀閺睦碚搶用婷枋隼吖軓?qiáng)化膜狀凝結(jié)換熱問題,本文基于層流膜狀凝結(jié)換熱極值問題的構(gòu)造與求解,提出了自相似強(qiáng)化因子的概念,建立了自相似強(qiáng)化因子模型,并借助自相似強(qiáng)化因子分析了肋管強(qiáng)化膜狀凝結(jié)換熱的機(jī)理。自相似強(qiáng)化因子概念與模型的提出為認(rèn)清強(qiáng)化換熱現(xiàn)象的本質(zhì)、指導(dǎo)強(qiáng)化換熱表面的設(shè)計(jì)與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
　　第三

5、,為從理論層面求解水平管束外膜狀凝結(jié)換熱問題,本文提出了系統(tǒng)的水平管束外膜狀凝結(jié)換熱問題建模方法,建立了水平光管管束膜狀凝結(jié)換熱模型,建立了不考慮表面張力的水平二維肋管管束膜狀凝結(jié)換熱模型。建模工作取得了四項(xiàng)突破:
　　1)提出了管束中凝液的分類與定義方法,明確了廣義與狹義管束效應(yīng)的概念;
　　2)試驗(yàn)研究了三類凝液(本體凝液、遷移凝液與作用凝液)對水平管外膜狀凝結(jié)換熱影響的差異,并結(jié)合理論分析提出了各類凝液對膜狀凝結(jié)換熱影

6、響的描述方法;
　　3)提出了管束中遷移凝液流型的標(biāo)準(zhǔn)化處理方法,提出了流型標(biāo)準(zhǔn)化處理后管束換熱面上對應(yīng)換熱問題的處理方法;
　　4)引入“排擠”的概念來刻畫遷移凝液所致凝液波動(dòng)對管束換熱面上膜狀凝結(jié)換熱影響,結(jié)合試驗(yàn)與理論分析確定了排擠對膜狀凝結(jié)換熱影響的描述方法。
　　本文建立的水平光管管束膜狀凝結(jié)換熱模型,在考慮因素的全面性、預(yù)測值與試驗(yàn)結(jié)果的一致性方面均明顯優(yōu)于常規(guī)模型,提出的系統(tǒng)的管束外膜狀凝結(jié)換熱問題建模方

7、法與二維肋管管束模型為進(jìn)一步完善二維肋管管束模型與發(fā)展三維肋管管束模型奠定了基礎(chǔ)。
　　第四,為從技術(shù)層面突破強(qiáng)化水平管束外膜狀凝結(jié)換熱面臨的管束效應(yīng)問題,提出了在管束中添加導(dǎo)液器來控制管束效應(yīng)的方法與技術(shù)措施,試驗(yàn)驗(yàn)證了方法的有效性、探索了技術(shù)措施的失效模型及其影響,探討了添加導(dǎo)液器對管束結(jié)構(gòu)與熱工設(shè)計(jì)影響、并結(jié)合實(shí)例分析了該技術(shù)措施的收益。試驗(yàn)結(jié)果表明,在管束中添加導(dǎo)液槽可有效控制遷移凝液影響,技術(shù)措施應(yīng)用得當(dāng)可顯著提高管束綜