發(fā)布時間：2021-10-01 22:04

　　大型煤化工、鋼鐵等行業(yè)對氧氮為代表的工業(yè)氣體需求持續(xù)增長,促進低溫空分裝備向大型化、低能耗化和智能化方向發(fā)展。主冷凝蒸發(fā)器作為空分裝置中的關鍵設備之一,提升其換熱性能對于空分系統(tǒng)整體的節(jié)能具有重要意義。當前,主冷強化傳熱的研究主要集中在液氧蒸發(fā)側(cè),氮蒸汽冷凝側(cè)的研究相對缺乏。低溫下冷凝側(cè)熱阻與蒸發(fā)側(cè)相當,因此采用有效的冷凝傳熱強化方法對于提高主冷換熱器的性能具有同等重要的作用。強化冷凝傳熱主要是研制各種強化換熱的表面,肋表面可有效提高冷凝換熱效率,該方法已在多種常規(guī)流體冷凝中得到驗證和應用。然而由于低溫工質(zhì)與常溫工質(zhì)物性的差異以及冷凝工況的差異,肋表面在低溫冷凝強化中的適用性及傳熱效果需要進一步研究。受限于低溫試驗對絕熱、密封要求較高,低溫測量難度較大,數(shù)值模擬軟件模擬低溫相變收斂困難等難點,低溫冷凝強化的實驗數(shù)據(jù)仍然缺乏,僅有早期針對列管式冷凝蒸發(fā)器的縱槽管強化冷凝傳熱研究。如今列管式冷凝蒸發(fā)器已普遍被板翅式換熱器所取代,因此,可以考慮通過在換熱表面和擴展表面（板翅式換熱器中翅片）都可加工的微小尺度肋片來實現(xiàn)冷凝性能的進一步提升。為揭示肋片強化低溫冷凝微觀的傳熱與流動機理,探索肋表面... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

空分工藝流程圖[7]

浙江大學碩士學位論文緒論4熱表面被研發(fā)和制造，并取得可觀的經(jīng)濟效益，但限于人工和時間成本，對新型表面換熱機理的理解沒有常規(guī)導熱、對流、輻射那么深刻。低溫流體沸點低極易發(fā)生相變，因此低溫換熱器大部分是兩相流，換熱情況比單相復雜得多。綜上所述，探索、研究適用于低溫冷凝傳熱強化的方法和技術對于提升換熱設備性能是十分必要的。在此基礎上，關注背后的微觀流動與傳熱機理，而不是僅止于效果試驗，以此來指導后期的優(yōu)化設計。1.2純質(zhì)蒸汽冷凝傳熱強化研究進展根據(jù)液相工質(zhì)壁面潤濕性的差異，蒸汽在與低于飽和溫度的壁面接觸時會存在兩種冷凝形式，膜狀冷凝和滴狀冷凝[1]。當產(chǎn)生的冷凝液在表面鋪展成膜，液相可以很好地潤濕壁面時，這種形式叫作膜狀冷凝，蒸汽與壁面的換熱需要通過這層冷凝液膜，液膜成為了傳熱過程中的主要熱阻。相反，當壁面上只被觀測到一顆一顆小液珠，不能形成完整液膜時，這種叫作滴狀冷凝，形成的液珠會不斷長大、合成直至脫落，此時壁面上存在裸露區(qū)域蒸汽可直接接觸進行熱量交換，傳熱效率大大提升。1.2.1滴狀冷凝實現(xiàn)的方法滴狀冷凝是冷凝傳熱強化的最有效方式。定義強化比，在一定蒸汽-壁面?zhèn)鳠釡夭钕�，強化后表面熱流密度或傳熱系�?shù)與對應光滑表面膜狀冷凝的比值，可以反映冷凝強化效果[13]。如圖1.2所示，滴狀冷凝強化比最高可達到30，比其它三種方式高出1個數(shù)量級，滴狀冷凝能夠成為所有強化方式中佼佼者的根本原因是壁面沒有完全被液膜覆蓋，蒸汽可以與部分裸露壁面直接進行熱交換。圖1.2各強化方式的強化比[14]

浙江大學碩士學位論文緒論7液兩相物理性質(zhì)的差異，但強化效果并不明顯[40]。圖1.3加裝排液板的溝槽管[1]圖1.4液體的EHD抽吸現(xiàn)象[35]加速排液通常和擴展表面組合使用，可以解決縱槽底部液膜過厚的問題。外加電場強化主要針對制冷劑開發(fā)，制冷劑蒸汽介電常數(shù)約為1，而液相介電常數(shù)約為5[35]，電場力可以起到較強的作用。但對于低溫流體來說，氣液兩相介電常數(shù)都約為1，差異非常小，基本可以判斷低溫冷凝中應用外加電場幾乎不會有效果，并且目前通過外加場來主動強化冷凝換熱的方式多限于理論研究，實際應用則很少。擴展表面主要是通過減薄液膜實現(xiàn)強化，已在常規(guī)換熱器中得到廣泛應用，常見的表面擴展方式包括在冷凝表面添加翅片結(jié)構(gòu)或刻畫各種溝槽等。綜合比較，擴展表面這類通過改變表面物理結(jié)構(gòu)的被動強化傳熱方式，在低溫冷凝中使用會更加實際與可靠。1.2.3擴展表面強化膜狀冷凝換熱增加擴展表面已在常溫流體冷凝中被證明是提高冷凝換熱效率的有效方式，工程上多以翅片為主且類型多樣，包括發(fā)展趨于成熟的二維連續(xù)翅片，以及近年來隨著加工制造技術發(fā)展而出現(xiàn)的三維非連續(xù)翅片。1.2.3.1二維縱向翅片Gregorig[41]最早認識到表面張力對翅片表面冷凝的影響，但由于分析是在假設液膜厚度薄的前提條件下進行，因此結(jié)果只適用于翅片尖端附近，不適用于尖端與波谷之間的區(qū)域以及波谷區(qū)域。此后，在垂直溝槽表面上開展了許多實驗研究[42-48]，以證實Gregorig的發(fā)現(xiàn)。Lustenader等[42]采用了帶溝槽的垂直管，其傳熱系數(shù)約為垂直光滑管的4倍。Carnavos[43]進行了雙槽垂直管的實驗，發(fā)現(xiàn)冷凝傳熱系數(shù)約增加6倍。Thomas[44,45]測試了帶孔矩形翅片的縱槽管，增強倍數(shù)約為8。Newson和Hodgson[46]研制了

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
[1]含不凝性氣體氮蒸氣冷凝傳熱數(shù)值模擬與可視化實驗研究[D]. 白楊.浙江大學 2017
[2]低溫冷凝可視化實驗裝置設計與豎壁冷凝過程模擬研究[D]. 張家源.浙江大學 2015



本文編號：3417416