本文關鍵詞：基于VOF法的橫管降膜蒸發(fā)傳熱特性的數(shù)值分析

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【摘要】：低溫多效橫管外降膜蒸發(fā)技術被廣泛應用于海水淡化、化工冶煉、石油蒸餾和制冷等行業(yè),它具有傳熱溫差小、低溫傳熱性能優(yōu)良、熱效率高和維護費用低等優(yōu)點。在不同運行工況下,低溫多效蒸餾設備表現(xiàn)出的傳熱性能不同,說明了橫管降膜蒸發(fā)技術具有特殊性和復雜性。本文通過對橫管外降膜流動和蒸發(fā)傳熱的數(shù)值研究,將流動與傳熱進行結合,深入探討液膜內傳熱特性的變化規(guī)律及其影響因素。本文采用ANSYS FLUENT 14.5商用CFD流體分析軟件,采用Volume of Fluid (VOF)方法對二維的單根橫管外降膜流動蒸發(fā)模型進行數(shù)值模擬,研究了不同入口邊界條件下液膜的流動和傳熱特性,并結合存在相變的傳質過程,分析了不同入口溫度和入口Re數(shù)條件下的液膜厚度、液膜內速度場、熱邊界層發(fā)展、傳熱系數(shù)和液膜內傳熱方式等的變化規(guī)律。并與前人的數(shù)值模擬與實驗結果進行對比,取得了較好的一致性。本文的物理模型為管徑為25.4mm的單根橫管,噴淋高度為5mm,壁面過熱度維持在2K,Re數(shù)范圍為600-1250,屬層流和層流向湍流過渡范圍。模擬得到了液膜厚度、液膜內的速度場、壁面切應力和傳熱系數(shù)的分布情況。結果表明,橫管外液膜最薄位置隨入口Re數(shù)的增大有向下移動的趨勢。液膜內切向速度最大值位于90度。壁面剪切力和重力分力作用隨著橫管圓周角度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。橫管頂部液膜內法向速度的絕對值最大,并出現(xiàn)小速度循環(huán)流動。入口溫度越低,入口Re數(shù)越大,熱發(fā)展區(qū)覆蓋的角度越大。橫管頂部傳熱系數(shù)最高,之后緩慢下降至趨于穩(wěn)定,至管子底部略有回升。橫管頂部液膜內的對流傳熱強度最大,表明液體的沖擊作用強化了對流傳熱強度。經本文模擬發(fā)現(xiàn),層流及層流向湍流過渡范圍內,Re數(shù)的增加對傳熱性能的提升并不明顯,液膜內的法向速度和循環(huán)流動,即液膜的沖擊區(qū)和液膜的波動程度,是提升對流傳熱強度的關鍵。
【關鍵詞】：橫管降膜蒸發(fā) 數(shù)值分析 VOF 熱邊界層 傳熱特性
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 橫管降膜蒸發(fā)的研究背景和課題意義9-10
• 1.2 管外降膜蒸發(fā)的研究現(xiàn)狀降10-15
• 1.2.1 管外降膜流動區(qū)域劃分的研究進展10-12
• 1.2.2 管外液膜流動的膜厚分布和傳熱的研究進展12-15
• 1.3 本文的主要研究內容15-17
• 2 橫管外降膜蒸發(fā)的數(shù)值模擬方法17-27
• 2.1 物理模型18-20
• 2.2 網格模型20-21
• 2.3 理論模型21-27
• 2.3.1 多相流簡介21-22
• 2.3.2 VOF簡介22-24
• 2.3.3 橫管外降膜蒸發(fā)過程中的傳熱傳質模型24-27
• 3 橫管外降膜的流動特性分析27-37
• 3.1 Re數(shù)對液膜厚度分布的影響30-32
• 3.2 降液膜內速度場的變化規(guī)律32-35
• 3.3 壁面剪切力對液膜內速度場的影響35-36
• 3.4 本章小結36-37
• 4 橫管外降膜蒸發(fā)的傳熱特性分析37-58
• 4.1 降液膜內熱邊界層的發(fā)展分析37-45
• 4.1.1 入口邊界溫度對熱邊界層發(fā)展的影響38-41
• 4.1.2 Re數(shù)對熱邊界層發(fā)展的影響41-45
• 4.2 降液膜內傳熱系數(shù)的結果分析45-51
• 4.2.1 Re數(shù)對傳熱系數(shù)的影響45-46
• 4.2.2 液膜內的速度場對傳熱系數(shù)的影響46-51
• 4.3 橫管外降液膜內傳熱方式的分析51-56
• 4.4 本章小結56-58
• 5 結論58-60
• 參考文獻60-64
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況64-65
• 致謝65-66

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前4條

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本文編號：625846