本文選題：洗滌冷卻室　切入點：垂直降膜　出處：《華東理工大學》2017年博士論文

【摘要】：本文以多噴嘴對置式煤氣化技術中高溫粗合成氣的洗滌冷卻裝置—洗滌冷卻室為背景,為對其結構進行優(yōu)化設計,提高其熱質同時傳遞效率和工業(yè)運行的穩(wěn)定性,采用實驗研究與模擬研究相結合的方法,對洗滌冷卻室內垂直下降液膜的流動與氣液兩相間的傳熱傳質過程進行了深入研究。(1)搭建了洗滌冷卻室冷模實驗裝置,借助超聲多普勒測速儀,對洗滌冷卻室內由對置式洗滌冷卻環(huán)分布形成的垂直下降液膜的厚度分布、表面波動特性和速度分布進行了研究。管內的液膜平均厚度在周向上分布不均,0°位置的液膜平均厚度最大,其余周向位置液膜較薄且厚度較為接近;在軸向流動方向上,液膜平均厚度分布趨于均勻。液膜雷諾數(shù)增大,液膜整體厚度有所增加,同時周向分布不均勻性加劇;當Re1≥1.53×104時,0°位置的液膜會因為局部厚度過大而發(fā)生破裂;氣相雷諾數(shù)的變化對液膜平均厚度的影響較小。管內垂直向下流動的液膜處于高度湍動狀態(tài),液膜表面的波動狀態(tài)較為復雜。在管中上段,相對標準偏差值隨著液膜雷諾數(shù)增大而減小,在下段趨勢發(fā)生改變;與正態(tài)分布相比,液膜厚度概率密度函數(shù)曲線的偏度值大于0,峰度值大于3;隨著液膜雷諾數(shù)的增大,峰度值有所下降。液膜較薄區(qū)域的表面大波頻率對液膜雷諾數(shù)變化較為敏感,氣相的剪切作用使得液膜表面的大振幅波有所減少。液膜平均速度在周向上同樣存在差異,0°位置液膜平均速度最大;隨著液膜雷諾數(shù)增大,液膜整體速度呈增大趨勢;對軸向液膜平均速度分布而言液膜雷諾數(shù)存在轉折點,當液膜雷諾數(shù)小于該值時,液膜平均速度隨軸向距離增加呈增加趨勢,反之則呈減小趨勢;當洗滌冷卻環(huán)出口槽縫為3 mm時,其轉折點液膜雷諾數(shù)接近1.73×104;洗滌冷卻環(huán)出口槽縫寬度增大,該液膜雷諾數(shù)也有所增大。(2)在實驗研究基礎上,建立了實驗室尺度洗滌冷卻室的三維模型。模型成功預測了 0°位置局部液膜破裂的現(xiàn)象,模擬結果與實驗結果較為吻合;管內液膜在周向上分布不均主要是洗滌冷卻環(huán)入水口結構所致,洗滌冷卻環(huán)出口的液膜存在指向0°位置的周向速度分量,使得該位置液膜厚度過大且易破裂;洗滌冷卻環(huán)出口槽縫寬度為3 mm時,0°位置局部液膜破裂的起始液膜雷諾數(shù)為1.27×104。在冷態(tài)模型基礎上耦合傳熱和傳質過程建立了熱態(tài)模型,模擬結果表明:液膜周向上的分布不均會對管內熱質同時傳遞過程產(chǎn)生較大的影響,不同周向位置的溫度分布存在差異;0°位置連續(xù)液膜的破裂使部分冷卻水進入氣相主體,其他周向位置液膜厚度變小,45°位置更易發(fā)生干壁現(xiàn)象,使冷卻水不能有效保護洗滌冷卻管,導致其局部受熱損毀,不利于裝置正常運行。(3)對改進的旋流型洗滌冷卻環(huán)所形成的下降液膜進行了實驗與模擬研究。旋流型洗滌冷卻環(huán)形成的液膜存在同向周向速度分量,使得液膜在沿洗滌冷卻管內壁向下流動的同時會旋轉流動;液膜雷諾數(shù)增大,液膜的旋流程度也將增大,當液膜雷諾數(shù)為2.04×104時,至出口處液膜在周向上旋轉接近360°。液膜的旋流降低了管內溫度場周向上的差異性;與對置型洗滌冷卻環(huán)相比,因液膜旋轉流動,局部區(qū)域不再因液膜厚度過大而破裂,液膜整體厚度及周向均勻性有所提升,管內壁液膜的覆蓋率高于同條件下對置型洗滌冷卻環(huán)所形成液膜的覆蓋率,即旋流型洗滌冷卻環(huán)對垂直降膜的分布效果和抗干壁能力優(yōu)于對置型洗滌冷卻環(huán)。(4)在實驗尺度洗滌冷卻室實驗和模擬研究的基礎上,建立了工業(yè)尺度洗滌冷卻室內流體流動和傳熱傳質過程的數(shù)學模型。工業(yè)尺度洗滌冷卻管內液膜在周向上同樣分布不均,所形成的液膜在45°位置處過厚且易破裂,其他位置液膜厚度較小;0°位置更易發(fā)生干壁現(xiàn)象,不利于裝置正常運行。合成氣入口速度較低時軸向單位長度上熱量傳遞較大,冷卻水蒸發(fā)速率較快,入口處降溫段長度較短,氣相中水蒸氣摩爾分率迅速達到較大值;當入口氣速增大時,冷卻水蒸發(fā)速率變慢,降溫段延長;合成氣入口速度由1 m/s增至5 m/s時,出口溫度升高145 K,整個過程的熱負荷有所提升,冷卻水對合成氣的降溫效果變差。洗滌冷卻室對冷卻水入口速度和合成氣溫度變化的適應性較強,合成氣入口速度變化對裝置運行有較大影響。
[Abstract]:In this paper , the heat and mass transfer process of the vertical falling liquid film in the washing and cooling chamber has been studied in this paper . The results show that the average thickness of the liquid film is larger than that of the liquid membrane , and the average velocity of the liquid film is more complicated . ( 2 ) Based on the experimental research , a three - dimensional model of the laboratory scale washing and cooling chamber is established . The model successfully predicts the phenomenon of local liquid film rupture at 0 擄 . The simulation results show that the temperature distribution of the liquid film in the circumferential direction is 1 . 27 脳 104 . ( 4 ) The mathematical model of fluid flow and heat and mass transfer in industrial scale washing and cooling room was established on the basis of experiment and simulation of experimental scale washing and cooling chamber .

【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ545

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 嚴忠;丁tD才;劉福彥;;用液膜技術提取鉻、汞[J];環(huán)境科學;1982年02期

2 吳子生;許國良;嚴忠;;液膜穩(wěn)定性的研究(Ⅰ)——電容法測液膜的厚度[J];東北師大學報(自然科學版);1985年02期

3 林嘉，

本文編號：1695016