本文關(guān)鍵詞：水平管內(nèi)含不凝氣體蒸汽冷凝特性研究

  更多相關(guān)文章： 管內(nèi)冷凝 不凝氣 水平管 內(nèi)波外螺紋管 傳熱模型

【摘要】：含不凝氣體的蒸汽冷凝廣泛存在于核能、制冷、化工和海水淡化行業(yè)。目前大多數(shù)學(xué)者僅對(duì)混合蒸汽在豎直方向上的冷凝進(jìn)行了研究,但在一些特定場合,如PTA鈦冷凝器必須采用水平管內(nèi)冷凝的方式。由于水平管內(nèi)冷凝在不同流型時(shí)傳熱特性具有較大的差異,對(duì)混合蒸汽在水平管內(nèi)冷凝的傳熱規(guī)律研究得還不夠透徹。鑒于此,本文首先分析了影響混合氣冷凝傳熱特性的因素,獲得了混合蒸汽局部傳熱特性的分布規(guī)律；其次研究了內(nèi)波外螺紋管管內(nèi)冷凝強(qiáng)化性能,考察混合氣條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響；最后建立了雙向非均勻壁溫傳熱模型,揭示了傳熱能力沿軸向逐漸弱化及內(nèi)波外螺紋管強(qiáng)化混合氣冷凝的內(nèi)在機(jī)理。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：(1)采用直接測溫法研究了較寬Re數(shù)范圍內(nèi)含不凝氣體的蒸汽在水平光管內(nèi)的傳熱規(guī)律。分析了不凝氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)、混合氣質(zhì)量通量、系統(tǒng)壓力及冷卻水流量對(duì)傳熱性能的影響。不凝氣含量為30%時(shí),傳熱系數(shù)最高下降了59.32%,但在高Re數(shù)條件下,較強(qiáng)的氣液界面剪切力能弱化不凝氣對(duì)冷凝傳熱的不利影響。同時(shí)還獲得了局部傳熱特性沿軸向的分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)分層流時(shí)上部的傳熱系數(shù)要高于下部的數(shù)值,但兩者的差值沿管軸長逐漸縮小,且不凝氣含量越高差值越小。(2)通過對(duì)傳熱系數(shù)無因次推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合,得到了分別適用于重力控制和剪力控制流型下的傳熱關(guān)聯(lián)式。基于對(duì)水平管內(nèi)兩相流流型的分析,選用了無量綱參數(shù)jg*判斷流型的轉(zhuǎn)變。經(jīng)對(duì)比驗(yàn)證,本文提出的忽略Sc數(shù)和Ja數(shù)的關(guān)聯(lián)式能較好地預(yù)測空氣/水蒸汽冷凝時(shí)的傳熱系數(shù)。(3)采用熱阻分離法實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了內(nèi)波外螺紋管管內(nèi)冷凝強(qiáng)化性能。發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化管既能強(qiáng)化純蒸汽的冷凝也能強(qiáng)化混合蒸汽的冷凝。強(qiáng)化蒸汽冷凝時(shí),隨著干度和質(zhì)量通量的增大,強(qiáng)化因子逐漸減��；擬合得到了傳熱Nu數(shù)和兩相流壓降梯度的關(guān)聯(lián)式；綜合評(píng)價(jià)因子在最小干度、流量時(shí)具有最大值,節(jié)距為6mm、槽深為0.7mm的強(qiáng)化管最大評(píng)價(jià)因子為2.24倍。(4)得到了混合蒸汽在內(nèi)波外螺紋管內(nèi)冷凝的基本規(guī)律。與光管相比,強(qiáng)化管傳熱量及傳熱系數(shù)隨不凝氣含量的增大而減小的幅度更�。浑S質(zhì)量通量的增大而增大的幅度也更高。同時(shí)傳熱系數(shù)強(qiáng)化因子會(huì)隨著不凝氣含量的增加而增大,某工況下可從1.99提高到了2.31倍,但傳熱量強(qiáng)化因子的提高不太明顯。(5)建立了混合蒸汽在水平管內(nèi)的雙向非均勻壁溫傳熱模型,綜合考慮了氣膜區(qū)混合氣分子量變化、冷凝液表面張力的抽吸效應(yīng)及剪切力引起的氣液界面擾動(dòng)對(duì)冷凝傳熱的影響。通過模型的數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)了傳熱系數(shù)沿管軸向逐漸減小的原因,即由于液膜厚度沿管軸向逐漸增厚,以及不凝氣濃度增加導(dǎo)致的氣膜厚度的增厚。還揭示了強(qiáng)化管傳熱系數(shù)強(qiáng)化因子隨不凝氣含量的增加而提高的機(jī)理,不凝氣含量較高時(shí),熱阻由液膜、氣膜熱阻共同控制,管內(nèi)的螺旋凸起可使液膜和氣膜產(chǎn)生旋流,破壞了液膜、氣膜的穩(wěn)定性,可同時(shí)強(qiáng)化液膜的傳熱和氣膜的傳質(zhì)過程。
【關(guān)鍵詞】：管內(nèi)冷凝 不凝氣 水平管 內(nèi)波外螺紋管 傳熱模型
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-12
• 主要符號(hào)說明12-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 選題背景及意義13-15
• 1.2 水平管內(nèi)蒸氣冷凝研究進(jìn)展15-22
• 1.2.1 兩相流型及流型圖研究15-17
• 1.2.2 水平光管內(nèi)蒸氣冷凝傳熱研究17-19
• 1.2.3 強(qiáng)化管內(nèi)蒸氣冷凝傳熱研究19-22
• 1.3 含不凝氣的混合蒸汽冷凝研究進(jìn)展22-28
• 1.3.1 實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展23-25
• 1.3.2 模型研究進(jìn)展25-28
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容28-29
• 第2章 水平光管內(nèi)含不凝氣體蒸汽冷凝規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究29-57
• 2.1 引言29
• 2.2 直接測溫法獲取傳熱性能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)29-36
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與流程29-31
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)測量與實(shí)驗(yàn)儀器31-32
• 2.2.3 數(shù)據(jù)處理方法及不確定度分析32-35
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性驗(yàn)證35-36
• 2.3 水平管內(nèi)冷凝的兩相流流型分析36-41
• 2.4 影響冷凝傳熱特性的因素及規(guī)律分析41-46
• 2.4.1 不凝氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響41-43
• 2.4.2 混合氣質(zhì)量通量的影響43-44
• 2.4.3 系統(tǒng)壓力的影響44-45
• 2.4.4 冷卻水流量的影響45-46
• 2.5 冷凝傳熱性能軸向分布規(guī)律46-52
• 2.5.1 管壁及氣相主體溫度的分布46-49
• 2.5.2 冷凝傳熱量分布趨勢(shì)49-51
• 2.5.3 不同流型下傳熱系數(shù)的分布規(guī)律51-52
• 2.6 混合蒸汽冷凝傳熱關(guān)聯(lián)式52-56
• 2.6.1 現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式存在的不足52-54
• 2.6.2 基于流型的無因次關(guān)聯(lián)式54-56
• 2.7 小結(jié)56-57
• 第3章 內(nèi)波外螺紋管管內(nèi)冷凝強(qiáng)化性能實(shí)驗(yàn)研究57-81
• 3.1 引言57
• 3.2 間接測量法獲取傳熱性能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)57-64
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與流程57-58
• 3.2.2 內(nèi)波外螺紋管結(jié)構(gòu)參數(shù)58-60
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理60-62
• 3.2.4 間接法測量管內(nèi)傳熱性能的準(zhǔn)確性驗(yàn)證62-64
• 3.3 強(qiáng)化管管內(nèi)冷凝強(qiáng)化性能研究64-71
• 3.3.1 傳熱系數(shù)的強(qiáng)化64-67
• 3.3.2 流阻特性研究67-70
• 3.3.3 綜合性能評(píng)價(jià)70-71
• 3.4 不凝氣對(duì)強(qiáng)化管管內(nèi)冷凝特性的影響研究71-80
• 3.4.1 混合氣進(jìn)口條件的影響71-74
• 3.4.2 強(qiáng)化管結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)冷凝的影響74-76
• 3.4.3 混合蒸汽在水平光管和強(qiáng)化管內(nèi)冷凝的對(duì)比分析76-80
• 3.5 小結(jié)80-81
• 第4章 含不凝氣體混合蒸汽管內(nèi)冷凝通用傳熱模型81-101
• 4.1 引言81
• 4.2 通用冷凝模型的建立81-89
• 4.2.1 擴(kuò)散層理論的基本原理81-82
• 4.2.2 液膜區(qū)的傳熱模型82-84
• 4.2.3 氣膜的傳熱傳質(zhì)過程84-88
• 4.2.4 混合蒸汽物性參數(shù)的計(jì)算88-89
• 4.3 冷凝模型影響因素的分析89-92
• 4.3.1 分子量不均勻性的影響89-91
• 4.3.2 抽吸效應(yīng)的影響91-92
• 4.3.3 界面粗糙度的影響92
• 4.4 凝模型的求解流程92-96
• 4.5 冷凝模型的可靠性分析96-100
• 4.5.1 與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比96-98
• 4.5.2 與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比98-100
• 4.6 小結(jié)100-101
• 第5章 通用冷凝傳熱模型的數(shù)值分析101-117
• 5.1 引言101
• 5.2 混合蒸汽光管內(nèi)冷凝過程的數(shù)學(xué)模擬101-111
• 5.2.1 傳熱性能的影響因素模擬101-103
• 5.2.2 局部傳熱性能的數(shù)值分析103-111
• 5.3 內(nèi)波外螺紋管內(nèi)混合氣冷凝的傳熱分析111-116
• 5.3.1 傳熱特性軸向分布規(guī)律111-113
• 5.3.2 強(qiáng)化混合蒸汽冷凝的機(jī)理探討113-116
• 5.4 小結(jié)116-117
• 第6章 結(jié)論及展望117-120
• 6.1 主要結(jié)論117-118
• 6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)118-119
• 6.3 展望119-120
• 參考文獻(xiàn)120-130
• 致謝130-131
• 攻讀博士期間發(fā)表論文與申請(qǐng)專利

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