本文關鍵詞：超疏水表面低壓蒸汽冷凝液滴分布及傳熱強化

  更多相關文章： 低壓蒸汽冷凝 液滴彈跳 強化傳熱 蒸發(fā)-冷凝器設計

【摘要】：低壓蒸汽冷凝過程在化工、發(fā)電、空調制冷、海水淡化、低壓蒸餾和吸收式熱泵等方面有著廣泛的應用。滴狀冷凝傳熱模式相比于傳統(tǒng)的膜狀冷凝具有更高的傳熱效率是節(jié)約資源和提高能源利用效率的重要手段。液滴作為蒸汽冷凝的傳熱通道,探究其彈跳現象對其尺寸分布及演化的影響規(guī)律,對于低壓蒸汽冷凝傳熱強化具有重要的意義。實驗考察了不同蒸汽壓力下超疏水表面初始冷凝過程中液滴尺寸分布演化規(guī)律和穩(wěn)態(tài)液滴尺寸分布特征,獲得了液滴彈跳現象對液滴尺寸分布及演化的影響。結果表明,在低壓、小過冷度下,液滴彈跳現象增大了小液滴密度,減小了液滴脫落尺寸,導致了超疏水表面上液滴平均尺寸的降低。彈跳現象對初始冷凝過程中的液滴尺寸分布的演化規(guī)律影響較小,液滴尺寸分布仍呈現出正態(tài)分布-雙峰分布-指數分布的演化規(guī)律,與較高壓力下液滴在重力作用下脫落時的演化規(guī)律相似。穩(wěn)態(tài)條件下,存在液滴彈跳時,液滴分代分布規(guī)律明顯,不同代的液滴表現出自相似特征,總體呈現出穩(wěn)定的指數分布,液滴彈跳現象降低了液滴平均尺寸,優(yōu)化了穩(wěn)態(tài)液滴尺寸分布,縮短了液滴生命周期。結合理論分析的方法對低壓條件下的蒸汽冷凝傳熱性能進行了理論計算和分析,獲得了液滴彈跳現象對穩(wěn)態(tài)蒸汽冷凝傳熱性能的影響和低壓蒸汽冷凝傳熱強化的機理。結果表明,低壓、小過冷度條件下,液滴彈跳現象導致了液滴脫落尺寸和液滴平均尺寸減小,小液滴密度增加,液滴生命周期縮短,液滴彈跳現象對液滴尺寸分布的優(yōu)化增加了冷凝表面上的有效傳熱通道,同時,液滴合并時的脈動和彈跳現象對氣液界面的擾動可以增強氣液界面分子擴散。保持小過冷度促進液滴彈跳是強化低壓蒸汽冷凝傳熱的重要策略。相同冷凝條件下液滴發(fā)生彈跳時的傳熱通量約為重力作用脫落時傳熱通量的3倍,甚至超過了常壓下超疏水冷凝表面的傳熱通量。利用蒸汽在低壓小過冷度條件下在超疏水表面冷凝時液滴彈跳現象對冷凝傳熱的強化作用,對日產淡水1.8噸的壓汽蒸餾裝置中的蒸發(fā)-冷凝器進行了設計和經濟性能核算。對于蒸發(fā)-冷凝換熱而言,冷凝側傳熱系數的提高使總傳熱系數提高了約37%,壓縮機能耗降低了約60%。通過經濟性能核算,當純水價格為30元／噸時,本設計使成本費由不可回收變?yōu)榭梢曰厥?回收期為12.8年；且在設備正常運行15年期間,本設計比原設計的能耗將節(jié)省9.3萬元,從節(jié)能減排和設備長遠運行的角度來看,本設計更加優(yōu)越。
【關鍵詞】：低壓蒸汽冷凝 液滴彈跳 強化傳熱 蒸發(fā)-冷凝器設計
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O647
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻綜述10-27
• 1.1 表面潤濕性的基本理論10-12
• 1.1.1 Young方程10
• 1.1.2 潤濕狀態(tài)劃分10-12
• 1.2 結構和化學性質對表面潤濕性及液滴尺寸分布的影響12-18
• 1.3 操作條件對冷凝液滴尺寸分布及傳熱的影響18-22
• 1.4 滴狀冷凝傳熱模型22-24
• 1.5 壓汽蒸餾簡介24-25
• 1.6 本文研究內容25-27
• 2 表面制備與實驗方法27-35
• 2.1 表面制備與表征27-28
• 2.2 實驗裝置與流程28-30
• 2.3 實驗數據處理30-31
• 2.4 實驗誤差分析31-34
• 2.5 本章小結34-35
• 3 超疏水表面低壓蒸汽冷凝液滴尺寸分布及演化35-46
• 3.1 液滴彈跳現象及彈跳液滴尺寸分布特征35-37
• 3.2 初始冷凝過程液滴瞬態(tài)尺寸分布與演化37-43
• 3.3 穩(wěn)態(tài)液滴尺寸分布特征43-45
• 3.4 本章小結45-46
• 4 超疏水表面低壓蒸汽滴狀冷凝傳熱計算分析46-53
• 4.1 蒸汽滴狀冷凝傳熱模型46-48
• 4.2 低壓蒸汽冷凝傳熱性能的模型計算結果與實驗結果分析48-50
• 4.3 低壓蒸汽冷凝傳熱強化機理50-52
• 4.4 本章小結52-53
• 5 壓汽蒸餾海水淡化裝置蒸發(fā)-冷凝器設計53-57
• 5.1 蒸發(fā)-冷凝器設計方案的確定53-54
• 5.2 設計參數及物性確定54
• 5.3 傳熱面積計算54
• 5.4 藝結構尺寸54-55
• 5.5 經濟性能核算55-56
• 5.6 本章小結56-57
• 結論57-58
• 參考文獻58-62
• 附錄A 主要符號表62-64
• 附錄B 蒸發(fā)-冷凝器換熱板片結構尺寸圖64-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況65-66
• 致謝66-67

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1 崔潔;陳雪莉;王輔臣;龔欣;;撞擊液滴形成的液膜邊緣特性[J];華東理工大學學報(自然科學版);2009年06期

2 王四芳;蘭忠;彭本利;白濤;馬學虎;;超疏水表面液滴合并誘導彈跳現象分析[J];化工學報;2012年S1期

3 鄭振安;;一種高效率的液滴分離裝置——盒式分離器[J];化肥設計;1983年03期

4 呂硯山,張進明,蘇自來;液滴尺寸與帶電量關系的初步研究[J];北京化工學院學報(自然科學版);1991年02期

5 趙宗昌;尹曹勇;;湍流分散體系中液滴破碎頻率模型的黏性修正[J];化工學報;2006年12期

6 崔潔;陸軍軍;陳雪莉;龔欣;于遵宏;;液滴高速撞擊固體板面過程的研究[J];化學反應工程與工藝;2008年05期

7 張麗麗;史巖彬;王仁人;;液滴干燥過程的模擬研究[J];中國粉體技術;2011年04期

8 楊利民,翁志學,黃志明,潘祖仁;攪拌槽內的液液湍流分散(Ⅲ)——液滴分裂速率[J];化學工程;1987年02期

9 Ю.Н.Лебедев;潘曉言;;采用弦絲式液滴捕集元件的高效分離器[J];石油化工設備技術;1989年02期

10 魏淑娟;;液滴指示器[J];油田地面工程;1990年02期

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1 左子文;王軍鋒;霍元平;謝立宇;胡維維;;氣流中荷電液滴演化的數值模擬[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

2 賀麗萍;夏振炎;;低流量微管末端液滴形成及破碎的研究[A];第八屆全國實驗流體力學學術會議論文集[C];2010年

3 熊燃華;許明;李耀發(fā);楊基明;羅喜勝;于勇波;趙鐵柱;;液-液兩相介質中液滴在沖擊作用下演變模式[A];第十四屆全國激波與激波管學術會議論文集（下冊）[C];2010年

4 劉華敏;劉趙淼;;液滴形成與下落過程分析[A];北京力學會第13屆學術年會論文集[C];2007年

5 鄭哲敏;;液滴與液面碰撞時發(fā)生環(huán)形穿入的條件[A];鄭哲敏文集[C];2004年

6 劉偉民;畢勤成;張林華;孟凡湃;薛梅;;液滴低壓閃蒸形態(tài)和溫度變化的研究[A];山東省暖通空調制冷2007年學術年會論文集[C];2007年

7 呂存景;;微尺度下的液滴黏附力學[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

8 陳雪;朱志強;劉秋生;;固體表面液滴熱毛細遷移的實驗研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

9 郭加宏;胡雷;戴世強;;液滴沖擊固體表面液膜的實驗和數值研究[A];第九屆全國水動力學學術會議暨第二十二屆全國水動力學研討會論文集[C];2009年

10 魏明銳;趙衛(wèi)東;孔亮;沃敖波;;液滴修正零維蒸發(fā)模型的推導與分析[A];2007年APC聯合學術年會論文集[C];2007年

中國重要報紙全文數據庫 前2條

1 王小龍;新法可讓液滴按需形成任意形狀[N];科技日報;2014年

2 孫文德;液滴透鏡[N];中國知識產權報;2001年

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1 劉棟;液滴碰撞及其融合過程的數值模擬研究[D];清華大學;2013年

2 周源;蒸汽爆炸中熔融金屬液滴熱碎化機理及模型研究[D];上海交通大學;2014年

3 張璜;多液滴運動和碰撞模型研究[D];清華大學;2015年

4 王志超;基于SPH-DEM耦合方法的液滴沖擊散粒體運動機理研究[D];天津大學;2015年

5 霍元平;荷電液滴破碎機理及電流體動力學特性研究[D];江蘇大學;2015年

6 范增華;基于疏水表面冷凝和振動粘著控制的微對象操作方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

7 王兵兵;電場下液滴界面輸運與傳熱特性的分子動力學研究[D];華北電力大學(北京);2016年

8 嚴啟凡;流動聚焦液滴生成技術研究[D];中國科學技術大學;2016年

9 張博;液滴潤濕行為與表面微納結構關系的模擬研究[D];北京化工大學;2016年

10 饒莉;液—液分散體系中液滴的動力學行為研究[D];北京化工大學;2016年

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1 崔艷艷;液滴撞擊傾斜壁面動力學過程研究[D];大連理工大學;2010年

2 吳方;微流控系統(tǒng)的高通量液滴檢測[D];天津理工大學;2015年

3 龔翔;電場作用下液滴的聚結特性及高壓靜電破乳研究[D];集美大學;2015年

4 李艷斌;工業(yè)廠房中敞口槽散發(fā)純水液滴的蒸發(fā)和運動規(guī)律[D];西安建筑科技大學;2015年

5 王修張;含硫天然氣在節(jié)流閥內相變規(guī)律研究[D];中國石油大學(華東);2014年

6 黃亞男;液滴撞擊鎂合金疏水/超疏水表面的動力學特性研究[D];大連海事大學;2016年

7 劉嘉宇;WFGD過程中脫硫漿液液滴夾帶特性的數值模擬研究[D];東南大學;2015年

8 吳炬暉;表面活性劑對液滴破裂的影響[D];華東理工大學;2016年

9 盧珍萍;固體表面上液滴外觀形貌的研究[D];北京理工大學;2016年

10 楊波;芐基疊氮復合柴油單液滴燃燒特性試驗研究[D];北京理工大學;2016年

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