微波加熱管內(nèi)降膜蒸發(fā)過程的傳熱研究.pdf

1、在微波電磁場作用下，液相中極性分子以極高頻率進(jìn)行取向排列運(yùn)動造成的振動與碰撞摩擦，使之電能直接轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能而產(chǎn)生的各種效應(yīng)己在物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)中表現(xiàn)出十分廣闊的前景。本文將微波與工業(yè)生產(chǎn)中已廣泛采用的管內(nèi)液相降膜蒸發(fā)相結(jié)合，使之不僅具有傳熱效率高、傳熱溫差損失小、無靜壓頭引起的沸點(diǎn)升高及物料停留時間短等降膜蒸發(fā)的顯著特點(diǎn)，且對粘稠、易結(jié)垢的液體，微波的穿透性帶來的流體內(nèi)部同步加熱可有效改善傳統(tǒng)經(jīng)壁面?zhèn)?/p>

2、熱時對流給熱系數(shù)小、易結(jié)垢等問題。因此，本課題微波加熱管內(nèi)降膜蒸發(fā)過程的傳熱研究具有重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用意義。 本文對微波場下管內(nèi)降膜過程中的傳熱過程進(jìn)行了初步的理論分析和實(shí)驗(yàn)探討。從傳熱微分方程入手，推導(dǎo)了微波加熱時管內(nèi)流體層流流動的溫度分布式；借鑒微波研究理論，導(dǎo)出了以水為工作介質(zhì)的液膜吸收微波的功率計算式。 采用經(jīng)改造的WP700(MS-2004T)微波爐作為微波發(fā)生器，建立了微波加熱降膜蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置。本文通過

3、實(shí)驗(yàn)，對介質(zhì)吸收微波功率計算式進(jìn)行了驗(yàn)證，以水為工作介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與所導(dǎo)出的功率計算均表明，液膜吸收微波的功率與液膜的溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，吸收功率呈下降趨勢，與液膜的介電系數(shù)隨溫度變化的規(guī)律一致。通過實(shí)驗(yàn)考察了相變與非相變過程、不同真空度、不同降膜流量以及降膜膜厚等因素與液體吸收微波功率或蒸發(fā)量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步表明：蒸發(fā)相變?yōu)橹鞯募訜徇^程中液體吸收的微波能量隨流量的增大而增加，主要因?yàn)橐后w吸收的微波能量主要用于相變熱，而溫度變

4、化不明顯，不存在溫度升高對微波吸收的抑制作用；在一定的真空度下，隨流體流量的增加或膜厚的增加，液體吸收微波微波功率增加，蒸發(fā)量增加；還通過實(shí)驗(yàn)對比考察了水在同等條件下降膜加熱和容器加熱的性能，結(jié)果表明降膜方式較容器更有利于對微波的吸收。 本文對微波作用下的降膜蒸發(fā)建立了氣一液兩相流的VOF模型，并運(yùn)用CFD方法對其進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了微波加熱時液膜體積分率在流場中的分布。模擬結(jié)果顯示，在微波能量作用下，氣一液相界面的范圍相比與