本文關(guān)鍵詞：脂肪酸甲酯降膜蒸發(fā)器傳熱及流體力學(xué)性能研究

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【摘要】：脂肪酸甲酯又稱生物柴油,是由動(dòng)植物油脂與甲醇通過交酯化反應(yīng)而生成的,其具有各種優(yōu)良的性能,被世界各國(guó)視為較有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N新型綠色能源。工業(yè)上生產(chǎn)生物柴油主要利用廢棄的油脂為原料,以酸、堿催化其與甲醇反應(yīng)得到粗甲酯,再利用減壓分餾工藝得到精制脂肪酸甲酯。利用傳統(tǒng)的多管排列式蒸發(fā)器對(duì)高粘度、易結(jié)垢的粗甲酯進(jìn)行蒸發(fā),容易造成布液器堵塞,且結(jié)垢后的傳熱管難以清理。因此,針對(duì)該類物質(zhì)的性質(zhì),本文設(shè)計(jì)了一種新型的蒸發(fā)器,并搭建試驗(yàn)臺(tái),對(duì)蒸發(fā)器的蒸發(fā)傳熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,為該類蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)提供參考。本文首先以降膜蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作流程及設(shè)定的蒸發(fā)量為依據(jù),對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)中所需要的主要設(shè)備,如降膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)、液體分布器、電加熱組件、冷凝器及儲(chǔ)罐等進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì),并對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了安裝及調(diào)試。然后利用調(diào)試好的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了降膜蒸發(fā)傳熱試驗(yàn)。首先對(duì)常壓下,不同進(jìn)料流量和進(jìn)料溫度下,液體分布器的布膜效果及不同錐度角的蒸發(fā)器筒壁上液膜流動(dòng)的狀態(tài)進(jìn)行了試驗(yàn),確定了在物料蒸發(fā)溫度下保證物料成膜流動(dòng)的最佳流量范圍為1.3~3.0m3/h。然后對(duì)蒸發(fā)器輸入加熱功率對(duì)蒸發(fā)傳熱的影響進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)在湍流狀態(tài)下,降膜傳熱系數(shù)隨熱通量的增大,表現(xiàn)出初期短暫增大而又逐漸減小的趨勢(shì),并確定了后續(xù)其他單因素試驗(yàn)的最佳輸入電壓(300V)。接著在選定的輸入功率及流量范圍下,對(duì)降膜蒸發(fā)傳熱系數(shù)和筒體半錐度角及降膜流動(dòng)雷諾數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究,結(jié)果表明:蒸發(fā)器筒體錐度角的存在能夠有效的改善液膜流動(dòng)狀態(tài),增強(qiáng)傳熱效能,提高傳熱系數(shù);而較大的降膜雷諾數(shù)增大了液膜厚度,反而對(duì)傳熱系數(shù)造成負(fù)面的影響。最后,利用CFD軟件采用流體體積函數(shù)法(VOF)對(duì)流體在傾斜壁面上的降膜流動(dòng)情況進(jìn)行了數(shù)值模擬,以考察壁面錐度角、進(jìn)料流量、接觸角及表面張力對(duì)液膜流動(dòng)過程及液膜厚度和流速的影響。
【關(guān)鍵詞】：脂肪酸甲酯 降膜蒸發(fā)器 傳熱系數(shù) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ051.62
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-25
• 1.1 研究的背景和意義10-11
• 1.2 脂肪酸甲酯（生物柴油）概述11-15
• 1.2.1 脂肪酸甲酯制備技術(shù)12
• 1.2.2 廢棄油脂制脂肪酸甲酯工藝流程12-15
• 1.3 降膜蒸發(fā)原理及研究進(jìn)展15-19
• 1.3.1 降膜流動(dòng)原理15-19
• 1.4 降膜蒸發(fā)傳熱研究現(xiàn)狀和存在問題19-24
• 1.4.1 理論研究進(jìn)展19-21
• 1.4.2 降膜蒸發(fā)傳熱實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展21-24
• 1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容24
• 1.6 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)24-25
• 2 降膜蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)25-46
• 2.1 降膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)25-32
• 2.1.1 降膜蒸發(fā)器工藝設(shè)計(jì)26-29
• 2.1.2 蒸發(fā)器筒體的厚度計(jì)算29-30
• 2.1.3 蒸發(fā)器封頭壁厚計(jì)算30-31
• 2.1.4 蒸發(fā)器各接管設(shè)計(jì)31-32
• 2.2 蒸發(fā)器液體分布器設(shè)計(jì)32-35
• 2.2.1 液體分布器布液原理及型式32-33
• 2.2.2 液體分布器工藝設(shè)計(jì)33-35
• 2.3 蒸發(fā)器加熱組件設(shè)計(jì)35-41
• 2.3.1 電加熱功率計(jì)算36-38
• 2.3.2 電加熱帶的設(shè)計(jì)38-41
• 2.4 蒸發(fā)系統(tǒng)中冷凝器及儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)41-43
• 2.4.1 冷凝器的設(shè)計(jì)41-42
• 2.4.2 儲(chǔ)罐及緩沖罐的設(shè)計(jì)42-43
• 2.5 蒸發(fā)系統(tǒng)中管路及其他組件設(shè)計(jì)43-45
• 2.6 本章小結(jié)45-46
• 3 降膜蒸發(fā)器傳熱性能實(shí)驗(yàn)研究46-63
• 3.1 降膜蒸發(fā)傳熱介紹46-50
• 3.1.1 降膜蒸發(fā)傳熱原理46-47
• 3.1.2 降膜蒸發(fā)傳熱計(jì)算模型47-50
• 3.2 降膜蒸發(fā)傳熱實(shí)驗(yàn)流程及方法50-54
• 3.2.1 降膜蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)流程51-52
• 3.2.2 降膜蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)方法和步驟52-54
• 3.3 不同錐度角的蒸發(fā)器最小成膜流量的測(cè)定54-55
• 3.4 降膜蒸發(fā)傳熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析55-62
• 3.4.1 降膜蒸發(fā)傳熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-58
• 3.4.2 熱通量對(duì)蒸發(fā)器傳熱性能的影響58-59
• 3.4.3 蒸發(fā)器筒體錐度角對(duì)傳熱系數(shù)的影響59-60
• 3.4.4 物料流量對(duì)傳熱系數(shù)的影響60-61
• 3.4.5 降膜蒸發(fā)傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式61-62
• 3.5 本章小結(jié)62-63
• 4 降膜蒸發(fā)器流體力學(xué)性能數(shù)值模擬63-77
• 4.1 物理模型63-64
• 4.2 數(shù)學(xué)模型64-67
• 4.2.1 控制方程64-65
• 4.2.2 動(dòng)量源項(xiàng)65-66
• 4.2.3 數(shù)值條件66-67
• 4.3 網(wǎng)格劃分及數(shù)值求解方法67-68
• 4.4 計(jì)算結(jié)果及分析68-76
• 4.4.1 接觸角及表面張力對(duì)降膜流動(dòng)行為的影響68-70
• 4.4.2 壁面傾角對(duì)降膜流動(dòng)的影響70-74
• 4.4.3 降膜雷諾數(shù)Re對(duì)液膜流動(dòng)的影響74-76
• 4.5 本章小結(jié)76-77
• 5 結(jié)論和展望77-79
• 5.1 結(jié)論77-78
• 5.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果83-84
• 致謝84

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