水平管外重力降膜數(shù)值模擬及研究.pdf

1、液體降膜傳熱傳質(zhì),能在較小的傳熱溫差下進(jìn)行,可提高換熱器的換熱性能。因此,降膜傳熱傳質(zhì)廣泛應(yīng)用于海水淡化、化工、制冷等領(lǐng)域。液體噴淋密度較小時(shí),若降落的液膜較薄,容易出現(xiàn)“干斑”,對(duì)換熱不利;液體噴淋密度較大時(shí),若降落的液膜過(guò)厚,熱阻過(guò)大,對(duì)換熱也不利?？梢?jiàn)液膜厚度是影響降膜傳熱傳質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)之一。水平管外液膜在各環(huán)向角處膜厚的實(shí)驗(yàn)測(cè)量受諸多因素影響,全面準(zhǔn)確的測(cè)量難度很高,且各種條件的調(diào)節(jié)、保持以及測(cè)量工作量巨大。因此,對(duì)水平管外液膜

2、流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬就很有價(jià)值,就可起到“數(shù)值實(shí)驗(yàn)”的作用,進(jìn)而可為建立液膜傳熱傳質(zhì)模型提供重要參考。
　　本文建立水平管外液膜流動(dòng)的二維網(wǎng)格,采用對(duì)氣-液兩相界面具有良好追蹤效果的多相流VOF計(jì)算模型來(lái)模擬水平管外的液膜流動(dòng)。針對(duì)水平管降膜蒸發(fā)技術(shù)中噴淋密度較大的情況,為考察噴淋密度、水平管徑及環(huán)向角對(duì)液膜流動(dòng)的影響,在數(shù)值模擬中,取了水平管單側(cè)的5種噴淋密度(0.1、0.15、0.2、0.25、0.3kg/(m·s))和5種管

3、徑共25種工況,同時(shí)監(jiān)測(cè)7個(gè)環(huán)向角處的管外液膜流量和氣液兩相圖,待液膜流動(dòng)穩(wěn)定后,每200計(jì)算步即液膜流動(dòng)0.01s保存1次模擬計(jì)算數(shù)據(jù),共保存連續(xù)15次的數(shù)據(jù),得400幅氣液兩相圖。在Fluent模擬結(jié)果中獲取7個(gè)監(jiān)測(cè)面的共175幅流量圖,算出連續(xù)16個(gè)時(shí)刻的流量。在Tecplot軟件中讀出液相體積分?jǐn)?shù)為0.5的7個(gè)環(huán)向角處的液膜厚度。整理了2800個(gè)流量數(shù)據(jù)和2800個(gè)膜厚數(shù)據(jù),擬合了水膜厚度與管徑d、噴淋密度和環(huán)向角的關(guān)系式,擬合

4、了水膜流速v與管徑、噴淋密度和環(huán)向角的關(guān)系式,歸納出管外液體成膜的以下規(guī)律:
　　(l)管外各環(huán)向角處的水膜在不斷波動(dòng),厚度、速度、流量都在不斷變化。管徑越大波動(dòng)越小;隨著管徑增大,各環(huán)向角的水膜分布趨于均勻。
　　(2)水膜厚度隨噴淋密度增加而增大,噴淋密度過(guò)小時(shí)管壁表面易出現(xiàn)“干斑”。
　　(3)水膜厚度與水膜流量正相關(guān),與水膜流速負(fù)相關(guān)。
　　(4)管徑和噴淋密度不變時(shí),在水膜從管頂0°流到管底180°的過(guò)

5、程中,水膜先由厚變薄,再由薄變厚;水膜流速先增大后減小;最薄水膜環(huán)向角在110°以后。
　　(5)噴淋密度不變時(shí),在環(huán)向角范圍內(nèi),管徑越大,則水膜越薄。
　　(6)管頂附近和管底附近的水膜平均厚度,遠(yuǎn)大于中部的水膜平均厚度,這是因?yàn)楣茼斕幰耗ち鲃?dòng)突然轉(zhuǎn)向,管底處管兩側(cè)水膜匯集撞擊的緣故。
　　針對(duì)水膜蒸發(fā)空冷技術(shù)中噴淋密度較小的情況,為考察噴淋密度、水平管徑d及環(huán)向角?對(duì)液膜流動(dòng)的影響,在數(shù)值模擬中,選取了水平管單側(cè)的