水平螺旋微槽管壁面升膜傳熱傳質(zhì)機(jī)理及在海洋平臺(tái)海水淡化中的應(yīng)用.pdf

1、當(dāng)物體空間尺寸微細(xì)化后出現(xiàn)了空間微尺度效應(yīng)，時(shí)間或空間微尺度化下出現(xiàn)了很多與常規(guī)尺度下的不同物理現(xiàn)象，探索這些物理現(xiàn)象的本質(zhì)，如微尺度時(shí)空的傳熱傳質(zhì)、流體流動(dòng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)這些規(guī)律的研究方法和測(cè)試技術(shù)，以及將該方面的研究成果應(yīng)用在工程上，研制開(kāi)發(fā)微尺度傳熱傳質(zhì)的新產(chǎn)品，都是迫切需要解決的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，已成為國(guó)際傳熱研究前沿的研究熱點(diǎn)。 所謂水平螺旋微槽管壁面液體升膜是指當(dāng)水平螺旋微槽管的底部表面與液面相切或微微浸入時(shí)，由潤(rùn)濕力、毛細(xì)

2、力和溫差驅(qū)動(dòng)力等克服重力，驅(qū)動(dòng)液體自下而上在管壁形成均勻連續(xù)的覆蓋整個(gè)管表面的薄液膜。采用超景深三維顯微鏡系統(tǒng)可視化觀察了水平螺旋微槽管壁面升膜形成及流動(dòng)狀態(tài)，在管壁內(nèi)埋設(shè)0.5mm鎧裝熱電偶定點(diǎn)測(cè)量水平螺旋微槽管壁面周向溫度。在此基礎(chǔ)上用不平衡熱力學(xué)理論分析水平螺旋微槽管壁面升膜形成的影響因素，流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力及其耦合關(guān)系。在對(duì)升膜的速度分布和厚度分布進(jìn)行數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，得出正交曲線坐標(biāo)系下水平螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)換熱的熱量表達(dá)式。建

3、立水平螺旋微槽管壁面升膜傳熱試驗(yàn)臺(tái)，得出水平螺旋微槽管壁面升膜換熱系數(shù)在周向上的分布，并對(duì)不同熱流密度及強(qiáng)化措施進(jìn)行分析比較。對(duì)水平螺旋微槽管壁面多組分流體升膜形成及傳熱進(jìn)行分析，以乙醇水混合物和Nacl溶液為工質(zhì)對(duì)不同濃度的多組分流體升膜傳熱進(jìn)行比較，為工程應(yīng)用提供理論支持。 以單效水平螺旋微槽管壁面升膜海水淡化試驗(yàn)參數(shù)為依據(jù)設(shè)計(jì)更為高效緊湊的多效海水淡化裝置與流程，并進(jìn)行了數(shù)值分析計(jì)算。將水平螺旋微槽管壁面升膜多效海水淡化的

4、各效換熱溫差及造水量與相同工況下豎管降膜海水淡化的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行比較，分析了水平螺旋微槽管壁面升膜海水淡化裝置在海洋環(huán)境(海洋平臺(tái)、艦船)中應(yīng)用的適應(yīng)性。 通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)水平螺旋微槽管壁面升膜形成受到毛細(xì)壓力、潤(rùn)濕力、周向溫差、汽泡等多種因素的綜合作用，各項(xiàng)力對(duì)升膜的質(zhì)量和熱量傳遞之間存在耦合效應(yīng)。水平螺旋微槽管壁面升膜不需要循環(huán)泵，且能夠在螺旋微槽中實(shí)現(xiàn)欠熱蒸發(fā)和過(guò)冷沸騰，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出其換熱系數(shù)。對(duì)多組份流體在水平螺旋微槽管壁

5、面升膜的形成和換熱有了初步的分析，為適應(yīng)于海洋環(huán)境條件下的海水淡化裝置和流程設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。對(duì)九效水平螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)海水淡化進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，并與相同工況下的豎管降膜海水淡化進(jìn)行比較，水平螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)海水淡化其優(yōu)勢(shì)在于可以降低初始蒸發(fā)壓力和蒸汽溫度，有利于在海工設(shè)施上應(yīng)用。通過(guò)對(duì)水平螺旋微槽管壁面升膜在傾斜角度時(shí)流動(dòng)的數(shù)值模擬，水平螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)海水淡化可以適應(yīng)在搖擺的海洋環(huán)境中應(yīng)用：并分析了不同海域海水參數(shù)(鹽度