濃度差驅動的混合蒸氣Marangoni凝結傳熱特性研究.pdf

1、蒸氣的凝結現(xiàn)象在自然界和人類生活中普遍存在,蒸汽凝結傳熱也是核動力、蒸汽動力、石油化工和制冷空調等領域中所廣泛遇到的相變傳熱過程。Marangoni凝結起因于混合蒸氣凝結時液相的局部濃度差,這種凝結不同于膜狀和珠狀凝結,并在特定的工況條件下能獲得數(shù)倍于純水蒸氣凝結傳熱系數(shù)的強化換熱效果。本文以混合蒸氣的Marangoni凝結傳熱過程作為研究對象,通過實驗研究和理論分析,對Marangoni凝結傳熱特性曲線、凝結液膜形態(tài)特征及其不穩(wěn)定性、

2、液相氣相熱阻的變化特征以及不凝性氣體對傳熱的影響規(guī)律等進行了研究。
　　本文搭建了具有高氣密性的凝結傳熱實驗系統(tǒng),可以實現(xiàn)在較大過冷度范圍內凝結傳熱特性的測量和凝結過程的高速動態(tài)可視化觀測與記錄。對氨-水混合蒸氣的凝結傳熱特性曲線的測定和分析表明:①凝結傳熱特性隨表面過冷度顯示出有峰值的非線性變化規(guī)律;②存在一個最優(yōu)氨蒸氣濃度(0.38％左右)使傳熱系數(shù)和熱流密度達到峰值。這在以往的文獻中未見報道;③在特定的過冷度范圍內,非常微量

3、的氨的添加可使水蒸氣的凝結傳熱大大強化;④傳熱系數(shù)隨蒸氣流速的增大而增大,但其峰值點所對應的過冷度與蒸氣流速無關。
　　Marangoni凝結發(fā)生時,傳熱系數(shù)和凝結形態(tài)與混合蒸氣濃度及凝結表面過冷度有緊密聯(lián)系。對凝結形態(tài)圖片的測量和統(tǒng)計結果顯示液珠尺寸是一個不連續(xù)的變量,液珠的尺度分布與 Rosim-Rammler分布函數(shù)符合較好。本文通過引入液膜覆蓋率的概念,解釋了Marangoni凝結傳熱特性隨過冷度的非線性變化規(guī)律。

4、　　實驗表明,酒精-水二元體系的凝結傳熱系數(shù)要遠遠大于氨-水二元體系。本文通過對凝結液膜不穩(wěn)定性及液相、氣相熱阻變化規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn),凝結液膜的不穩(wěn)定性和氣相擴散熱阻共同決定了Marangoni凝結傳熱特性。通過定量計算,解釋了不同二元體系的差異對濃度差Marangoni凝結傳熱效果的影響程度,結合可視化的實驗結果,對濃度差Marangoni凝結傳熱的機理進行了分析。
　　此外,還進行了不凝性氣體對Marangoni凝結傳熱的影響規(guī)