豎直低溫星形翅片管流動沸騰及凝華結霜的研究.pdf

1、隨著我國氣體工業(yè)的快速發(fā)展,工業(yè)氣體輸配系統(tǒng)正朝著“液態(tài)化、管道化、專業(yè)化和社會化”的方向快速發(fā)展。在氣體輸配系統(tǒng)中,汽化器是一個十分關鍵的設備。與其它形式的汽化器相比,空浴式汽化由于其結構簡單,使用維護方便,以及運行成本低等諸多優(yōu)點而得到越來越多的使用。目前,我國空浴式汽化器的生產量和裝備量都很大,但由于缺乏基礎研究,國內廠家和用戶對其基本原理和換熱規(guī)律缺乏必要的了解,國產空浴式汽化器與國外產品相比存在很多不足,已導致了不必要的資源浪

2、費和嚴重的安全事故。因此,針對空浴式汽化器涉及的基礎傳熱問題開展基礎理論和實驗研究,全面了解空浴式汽化器的基本傳熱特征就成為一個十分緊迫的任務。
　　 空浴式汽化器由豎直并列的星形翅片管束組成,翅片管的傳熱特征就直接決定了汽化器的換熱性能。本研究得到國家自然科學基金和上海市科委科技創(chuàng)新行動的資助,針對豎直星形翅片管內外存在的流動沸騰和凝華結霜開展理論和實驗研究,主要從以下幾個方面開展工作,并取得了一定的成績:
　　 首先

3、,建立了描述管內泡狀流向彈狀流轉變過程的MUSIG模型,并借助CFD商業(yè)軟件完成了數值求解工作,然后開展了可視化實驗研究,獲取了驗證理論模型所需的重要參數。計算結果與實驗數據的對比表明,本文建立的MUSIG模型能夠準確預測泡狀流向彈狀流的轉變過程,以及該過程中各兩相流參數(如氣泡直徑、兩相速度、彈狀氣泡形成高度等)的分布和變化情況。進一步分析表明,影響氣泡聚合的因素很多,各因素在不同區(qū)域具有不同的作用。當空泡份額較低且氣泡直徑較小時,層

4、流剪切為氣泡聚合的主導因素;隨著空泡份額的增大,湍流的作用愈發(fā)明顯:當氣泡直徑增大到一定程度時,尾渦夾帶開始起作用,并逐漸發(fā)展為氣泡聚合的主導因素。
　　 其次,本文建立了描述翅片管外霜層生長和傳熱的理論模型。該模型綜合考慮了由于自然對流、水蒸氣凝華和輻射傳熱等幾種機理,能夠預測翅片管表面的霜層生產過程和管內各區(qū)長度的分布和變化過程,并能描述各種傳熱機理隨霜層厚度的變化情況。
　　 最后,本文開展了豎直星形翅片管流動沸騰