本文關(guān)鍵詞：低溫冷凝可視化實驗裝置設(shè)計與豎壁冷凝過程模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大規(guī)模工業(yè)氣體應(yīng)用促進空氣分離設(shè)備向大型化發(fā)展,空分能耗問題變得日益突出�？辗株P(guān)鍵設(shè)備主冷凝蒸發(fā)器中氮氣冷凝側(cè)的傳熱與流動存在較大的優(yōu)化提高的空間,其中蘊含的機理性問題即低溫流體冷凝。低溫流體冷凝是指在低溫溫區(qū)(120K以下)發(fā)生的冷凝現(xiàn)象,低溫流體與常規(guī)室溫流體的物性存在顯著差異,導(dǎo)致低溫冷凝存在很多特性。而要準確而深入地探究翅片微小通道內(nèi)的冷凝兩相流動過程,必須掌握其流型信息,這就需要借助先進的可視化手段。低溫冷凝的研究在我國基本處于空白階段,其實驗的難點在于低溫下絕熱密封條件苛刻,以及溫度和壓力的準確測量。 為此本文設(shè)計搭建了國內(nèi)外首個可研究豎壁等結(jié)構(gòu)表面低溫冷凝過程的可視化試驗裝置,冷凝實驗段采用帶光窗的刀口法蘭密封,實現(xiàn)了低溫高壓可視化裝置的可拆密封,并可拆卸更換冷凝表面,以研究各種尺寸、結(jié)構(gòu)及材料的豎壁表面及翅片通道內(nèi)的冷凝過程。經(jīng)初步測試,實驗裝置運行穩(wěn)定,真空性能良好,漏熱影響較小,使用高速攝像機可清楚地觀察到氮的冷凝流動現(xiàn)象。豎壁冷凝的實驗結(jié)果與理論計算結(jié)果比較吻合,初步驗證了實驗裝置的準確性和合理性。 基于Fluent軟件建立了氮氣在豎壁表面冷凝的二維模型,使用VOF多相流模型對氣液界面進行追蹤,并借助UDF計算冷凝相變的傳質(zhì)過程,主要考察了溫度場、速度場、冷凝液膜厚度等參數(shù)。模擬結(jié)果表明溫度場、速度場分布合理,液膜厚度與理論計算值比較吻合,初步證明該模型的正確性,并且指出了下一步模型的改進方向。
【關(guān)鍵詞】：空氣分離 低溫冷凝 可視化 裝置設(shè)計 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB657.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 主要符號表7-8
• 目錄8-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 課題研究背景與意義11-12
• 1.2 低溫冷凝的研究綜述12-18
• 1.2.1 低溫冷凝與常溫冷凝的主要區(qū)別12-13
• 1.2.2 低溫冷凝實驗研究綜述13-17
• 1.2.3 低溫冷凝實驗結(jié)果討論17-18
• 1.3 低溫下的可視化實驗研究18-26
• 1.3.1 可視化研究的必要性18-19
• 1.3.2 可視化的常見方式19-21
• 1.3.3 低溫系統(tǒng)CCD攝像法的研究進展21-26
• 1.4 本文主要工作26-28
• 第2章 冷凝理論與冷凝強化方法28-42
• 2.1 膜狀冷凝的經(jīng)典Nusselt理論及其發(fā)展28-35
• 2.1.1 經(jīng)典Nusselt理論及其適用范圍28-29
• 2.1.2 經(jīng)典Nusselt理論的發(fā)展與修正29-33
• 2.1.3 低溫冷凝的修正Nusselt關(guān)聯(lián)式33-35
• 2.2 冷凝強化方法35-42
• 2.2.1 強化膜狀冷凝35-37
• 2.2.2 構(gòu)造滴狀冷凝37-40
• 2.2.3 低溫冷凝強化的特點40-42
• 第3章 低溫冷凝可視化實驗系統(tǒng)搭建與初步實驗42-67
• 3.1 實驗裝置42-51
• 3.1.1 杜瓦內(nèi)裝置結(jié)構(gòu)43-45
• 3.1.2 冷凝實驗段結(jié)構(gòu)45-46
• 3.1.3 測量系統(tǒng)46-49
• 3.1.4 可視化系統(tǒng)49-50
• 3.1.5 絕熱系統(tǒng)50-51
• 3.2 力學(xué)校核51-52
• 3.3 漏熱分析52-56
• 3.3.1 輻射漏熱52-53
• 3.3.2 連接管的導(dǎo)熱漏熱53-54
• 3.3.3 殘余氣體漏熱54-56
• 3.4 低溫可視化中的技術(shù)問題56-59
• 3.5 實驗步驟59-60
• 3.5.1 實驗準備步驟59
• 3.5.2 實驗操作步驟59-60
• 3.6 實驗數(shù)據(jù)處理60
• 3.7 實驗系統(tǒng)不確定度分析60-63
• 3.8 試驗臺初步測試運行63
• 3.9 部分實驗結(jié)果與分析63-65
• 3.10 本章小結(jié)65-67
• 第4章 氮氣豎壁冷凝過程的數(shù)值模擬67-80
• 4.1 CFD軟件與多相流模型簡介67-69
• 4.1.1 VOF模型68-69
• 4.2 基本控制方程69-70
• 4.3 模型建立與網(wǎng)格劃分70-72
• 4.4 Fluent求解方法與參數(shù)設(shè)置72-73
• 4.4.1 VOF模型參數(shù)設(shè)置72-73
• 4.5 網(wǎng)格無關(guān)性驗證73-74
• 4.6 模擬結(jié)果與討論74-79
• 4.6.1 流場參數(shù)分布75-77
• 4.6.2 入口質(zhì)量流量對計算的影響77-79
• 4.7 本章小結(jié)79-80
• 第5章 總結(jié)和展望80-83
• 5.1 全文總結(jié)80-81
• 5.2 主要創(chuàng)新點81
• 5.3 展望81-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-89

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本文編號：334863