豎直低溫星形翅片管流動(dòng)沸騰及凝華結(jié)霜的研究.pdf

1、隨著我國(guó)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(huì)化”的方向快速發(fā)展。在氣體輸配系統(tǒng)中,汽化器是一個(gè)十分關(guān)鍵的設(shè)備。與其它形式的汽化器相比,空浴式汽化由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用維護(hù)方便,以及運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到越來越多的使用。目前,我國(guó)空浴式汽化器的生產(chǎn)量和裝備量都很大,但由于缺乏基礎(chǔ)研究,國(guó)內(nèi)廠家和用戶對(duì)其基本原理和換熱規(guī)律缺乏必要的了解,國(guó)產(chǎn)空浴式汽化器與國(guó)外產(chǎn)品相比存在很多不足,已導(dǎo)致了不必要的資源浪

2、費(fèi)和嚴(yán)重的安全事故。因此,針對(duì)空浴式汽化器涉及的基礎(chǔ)傳熱問題開展基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)研究,全面了解空浴式汽化器的基本傳熱特征就成為一個(gè)十分緊迫的任務(wù)。
　　 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(guó)家自然科學(xué)基金和上海市科委科技創(chuàng)新行動(dòng)的資助,針對(duì)豎直星形翅片管內(nèi)外存在的流動(dòng)沸騰和凝華結(jié)霜開展理論和實(shí)驗(yàn)研究,主要從以下幾個(gè)方面開展工作,并取得了一定的成績(jī):
　　 首先

3、,建立了描述管內(nèi)泡狀流向彈狀流轉(zhuǎn)變過程的MUSIG模型,并借助CFD商業(yè)軟件完成了數(shù)值求解工作,然后開展了可視化實(shí)驗(yàn)研究,獲取了驗(yàn)證理論模型所需的重要參數(shù)。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比表明,本文建立的MUSIG模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)泡狀流向彈狀流的轉(zhuǎn)變過程,以及該過程中各兩相流參數(shù)(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(jìn)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(dāng)空泡份額較低且氣泡直徑較小時(shí),層

4、流剪切為氣泡聚合的主導(dǎo)因素;隨著空泡份額的增大,湍流的作用愈發(fā)明顯:當(dāng)氣泡直徑增大到一定程度時(shí),尾渦夾帶開始起作用,并逐漸發(fā)展為氣泡聚合的主導(dǎo)因素。
　　 其次,本文建立了描述翅片管外霜層生長(zhǎng)和傳熱的理論模型。該模型綜合考慮了由于自然對(duì)流、水蒸氣凝華和輻射傳熱等幾種機(jī)理,能夠預(yù)測(cè)翅片管表面的霜層生產(chǎn)過程和管內(nèi)各區(qū)長(zhǎng)度的分布和變化過程,并能描述各種傳熱機(jī)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(dòng)沸騰