本文關(guān)鍵詞：大型水平管降膜蒸發(fā)器熱力性能和參數(shù)分布特性研究

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【摘要】：作為低溫多效蒸發(fā)海水淡化裝置中的重要設(shè)備,水平管降膜蒸發(fā)器由于管外液膜的波動效果以及傳熱管兩側(cè)均有相變過程發(fā)生,傳熱系數(shù)較高,同時又具有適應(yīng)小傳熱溫差、適用于低品質(zhì)熱源、抗結(jié)垢腐蝕性能良好等優(yōu)勢,已成為熱法海水淡化技術(shù)研究與應(yīng)用的重點。國內(nèi)外學(xué)者對于單管或單列管外降膜蒸發(fā)過程的研究較多,對降膜蒸發(fā)傳熱管束內(nèi)部多因素作用下的熱力性能細(xì)致研究則相對不足,且鮮有文獻(xiàn)報道管外二次蒸汽流動阻力對降膜蒸發(fā)器傳熱參數(shù)空間分布規(guī)律的影響;另外,管內(nèi)外傳熱參數(shù)變化趨勢與方向的不同造成管束間傳熱參數(shù)的相異分布,也造成對其過程研究的參數(shù)量大、復(fù)雜性高的特點,已發(fā)表文獻(xiàn)對管內(nèi)外傳熱過程的耦合參數(shù)空間分析也很少見。本文采用實驗和數(shù)值模擬手段,對水平管降膜蒸發(fā)器的傳熱性能和熱力參數(shù)在蒸發(fā)器內(nèi)的空間分布特性進(jìn)行了全面的研究。建立了水平管降膜蒸發(fā)器傳熱實驗平臺,分析了管束內(nèi)外流體溫度、管壁溫度、傳熱溫差等參數(shù)在不同運行條件下的空間分布規(guī)律。在系列實驗中,獲得了管內(nèi)蒸汽局部壓降和管外蒸汽橫掠降膜管束局部壓降的變化規(guī)律。以本文實驗所得到的大量實驗數(shù)據(jù)所建立的數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),結(jié)合對蒸發(fā)器中傳熱和流動過程的分析,建立了大型水平管降膜蒸發(fā)器分布參數(shù)模型,開發(fā)了相應(yīng)的熱力計算程序。將模擬結(jié)果與實際設(shè)備運行值相比較,驗證了模型的可靠性。通過本文建立的分布參數(shù)模型,對大型水平管降膜蒸發(fā)器熱力過程進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了在不同頂排海水噴淋密度、頂排海水鹽度時,傳熱系數(shù)在蒸發(fā)器內(nèi)部的三維空間分布,為深刻認(rèn)識傳熱系數(shù)在大型降膜蒸發(fā)器中的分布規(guī)律和機理提出了基礎(chǔ)方法。利用蒸汽流速和傳熱量之間的自補償特性,定量分析了不同運行條件下管內(nèi)蒸汽進(jìn)口流速的分布不均特性,揭示了管內(nèi)外兩個相變傳熱過程的耦合作用機理和分布特征,分析結(jié)果表明管內(nèi)蒸汽進(jìn)口流速分布不均特性對蒸發(fā)器設(shè)計精度具有較大影響。基于大型低溫多效蒸發(fā)海水淡化裝置工作過程的"小溫差、低流阻、飽和態(tài)、高敏感"特征,定量分析了由管內(nèi)、外蒸汽壓力變化和管外海水沸點升高所造成的溫差損失,詳細(xì)闡述了傳熱溫差在蒸發(fā)器內(nèi)部的空間分布規(guī)律。定義蒸發(fā)器內(nèi)的"有效傳熱溫差區(qū)域",提出以"有效傳熱溫差區(qū)域"的覆蓋率定量表征蒸發(fā)器對表觀溫差的利用率。提出水平管降膜蒸發(fā)器有效傳熱臨界點和傳熱臨界點的概念,為蒸發(fā)器的優(yōu)化設(shè)計提供定量控制理論指標(biāo)。在上述分析的基礎(chǔ)上,探討了在蒸發(fā)器傳熱面積基本不變的前提下,改變傳熱管長度、管束行列比時,蒸發(fā)器傳熱參數(shù)的分布特征和綜合傳熱性能的變化趨勢。以蒸發(fā)器獲得最大熱流密度為判據(jù),得到了最優(yōu)傳熱管長和最優(yōu)行列比。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P747;TK124

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本文編號：1262052