豎管降膜新型液體分布器設計及性能研究.pdf

1、降膜設備因具有傳熱傳質(zhì)效果好、占地面積小等特點廣泛應用于石油、化工、冶金、制冷等行業(yè)，如豎管降膜換熱器、豎管降膜蒸發(fā)器、豎管降膜吸收器等。降膜設備中的液體分布裝置是系統(tǒng)中重要的組成部分，液體通過分布器后能否分布均勻直接影響降膜設備在工業(yè)應用中的價值。若液體在豎管內(nèi)壁形成斷流、干壁，將直接影響降膜設備的工作效率，尤其是降膜蒸發(fā)器、降膜換熱器會出現(xiàn)干燒。如液體在管壁上形成的液膜厚度過厚，使傳熱、傳質(zhì)系數(shù)減小，傳熱傳質(zhì)效率降低。研究液體分布器

2、性能及影響液體分布器性能的因素對于強化傳熱傳質(zhì)非常重要，可為液體分布器的設計、應用提供重要參考。設計出一種結(jié)構(gòu)簡單、制作安裝方便、分布性能優(yōu)良適用于豎管降膜設備的液體分布裝置對提高豎管降膜設備的工作效率具有重要的意義。
　　本文建立豎管內(nèi)液膜流動的二維模型，采用多相流VOF計算模型模擬液體通過無肋錐形液體分布器在豎管內(nèi)的降膜流動。研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)、液相流速對液體在豎管內(nèi)壁降膜流動的影響。隨著液體分布器端部距離豎管內(nèi)壁間距的增加液膜厚

3、度逐漸增加，液膜波動減緩。當間距相同時，液膜厚度隨液相流速的增加而增加，增大工質(zhì)粘度液膜厚度隨之增大。液膜波動及厚度隨表面張力的減小而減小。對于氣相流速對降膜流動的影響，管壁前半段液膜流動平緩的距離隨氣相流速的增加而增加。
　　現(xiàn)有液體分布裝置存在初始偏心入流時布液不均勻、加工安裝精度要求高等不足，基于此本文提出了一種用于豎管降膜的無外源新型液體分布裝置。該分布裝置可在氣-液兩相流動的共同作用下旋轉(zhuǎn)，通過分布器的旋轉(zhuǎn)可改善布液效果

4、，尤其是對初始偏心入流的布液效果顯著。對于此類液體分布裝置，本文對分布器本體型線、分布器內(nèi)外表面肋片型線進行了設計。并通過模型簡化，初略估算了可使分布器旋轉(zhuǎn)的氣-液初始入流速度需滿足的關系及液體在理想狀況下所能達到的最大轉(zhuǎn)速。
　　對于本文提出的無外源驅(qū)動新型液體分布器，采用滑移網(wǎng)格和VOF模型進行了數(shù)值模擬。通過模擬研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)、液相流速、工質(zhì)及表面張力對液體通過液體分布器后在豎管內(nèi)壁流動的影響，結(jié)果表面隨著分布器與豎管內(nèi)壁間