蒸汽橫掠條件下水平管降膜流動(dòng)與換熱的數(shù)值模擬.pdf

1、低溫多效海水淡化系統(tǒng)用水平管降膜蒸發(fā)器是一種低蒸發(fā)溫度、小傳熱溫差和高傳熱系數(shù)的高效換熱器，其主要包括水平管內(nèi)的蒸汽冷凝過(guò)程和管外的液體蒸發(fā)過(guò)程，涉及到單相流體流動(dòng)、氣液兩相流動(dòng)以及流固耦合等復(fù)雜現(xiàn)象。因此，對(duì)水平管降膜蒸發(fā)器液膜流動(dòng)鋪展過(guò)程以及換熱過(guò)程的研究，有利于水平管降膜蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)和改良。
　　本文建立了一個(gè)波長(zhǎng)周期的三維單管水平管降膜流動(dòng)蒸發(fā)模型，使用基于有限容積法的CFD軟件，采用VOF兩相流模型捕捉氣液界面，壓力與速

2、度的耦合方式采用PISO算法，模擬了水平管外的降膜流動(dòng)和傳熱過(guò)程。通過(guò)改變?nèi)肟谔庯L(fēng)速以及噴淋孔噴淋量改變運(yùn)行工況，研究了不同工況下的水平管外液膜流動(dòng)傳熱過(guò)程，并得出了相關(guān)結(jié)論。
　　首先研究分析了水平管外液膜的流動(dòng)鋪展過(guò)程：液柱沖擊管壁后，相鄰液柱的降膜液體相向流動(dòng)，最終在水平管中心匯合形成環(huán)狀的液膜波峰，并在水平管底部形成二次液柱，波峰兩側(cè)液膜對(duì)稱分布，形成錯(cuò)排流；豎直方向速度值隨著圓周角的增大先增大后減小，最大值出現(xiàn)在110°

3、左右，且速度值與噴淋密度關(guān)系不大；波峰區(qū)域液膜厚度隨著噴淋密度的增加而增加，非波峰區(qū)域并不存在這一現(xiàn)象。
　　其次分析了繞流蒸汽對(duì)液膜分布以及傳熱的影響：隨著繞流風(fēng)速的增大，迎風(fēng)面液膜流動(dòng)速度變化顯著，膜厚整體減小，背風(fēng)面膜厚增大，兩面膜厚都趨于均勻；在繞流蒸汽的作用下，管外液膜最薄處出現(xiàn)在一次液柱截面，迎風(fēng)面150°周向角處；隨著噴淋密度的增加，管外液膜的穩(wěn)定性得到提升，發(fā)生干斑的可能性降低；管外傳熱系數(shù)的大小主要受膜厚與液膜內(nèi)

4、波動(dòng)程度的影響，沿周向先減小后增加，最小值在160°至170°之間；沿軸向從中間向兩端先減小后增大，在波峰區(qū)域邊緣處取得最小值；噴淋密度對(duì)傳熱系數(shù)并無(wú)明顯的單調(diào)影響。
　　最后分析了繞流蒸汽對(duì)管間液柱的影響：發(fā)現(xiàn)了實(shí)際液柱偏移時(shí)的特點(diǎn)，指出了管間液柱與來(lái)流蒸汽之間關(guān)系的理論推導(dǎo)公式所存在的不足；噴淋密度越大，管間液柱越穩(wěn)定；在小噴淋密度條件下，管間液柱的臨界偏移角度約為幾何臨界角的50%；隨著噴淋密度的增加，來(lái)流蒸汽的極限風(fēng)速逐漸