【摘 要】
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在水资源短缺日趋严重的大环境下,水平管降膜蒸发作为低温多效海水淡化装置的核心技术,凭借传热温差小、传热性能佳的优势吸引了众多学者展开研究。由于水平管降膜蒸发传热过程影响因素众多,学者们的研究工况与结论存在较大差异,目前缺少工程常用不同管径水平管在实际应用工况范围内的统一研究和降膜蒸发传热特性对比。此外,缺乏能够指导低温多效蒸发装置实际运行及设计的传热关联式。因此,针对现阶段研究存在的不足,本文对水
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(52076027); 中央高校基本科研业务费(DUT19LAB19);
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在水资源短缺日趋严重的大环境下,水平管降膜蒸发作为低温多效海水淡化装置的核心技术,凭借传热温差小、传热性能佳的优势吸引了众多学者展开研究。由于水平管降膜蒸发传热过程影响因素众多,学者们的研究工况与结论存在较大差异,目前缺少工程常用不同管径水平管在实际应用工况范围内的统一研究和降膜蒸发传热特性对比。此外,缺乏能够指导低温多效蒸发装置实际运行及设计的传热关联式。因此,针对现阶段研究存在的不足,本文对水平管降膜蒸发传热展开了进一步研究。搭建了变管径水平管降膜蒸发传热实验台,以32 mm管径和38 mm管径HAL77-2型号铝黄铜管为研究对象,通过在实验管表面布置热电偶而后绕中心轴线旋转圆管测得管周向不同角度局部壁温。经过计算,得到传热管周向局部传热系数和管外平均传热系数分布规律,并结合19 mm管径和25 mm管径水平管实验数据揭示了喷淋密度、蒸发温度、管径、管间距和工质盐度对传热系数的影响。同时,在不同管径工况下针对淡水和海水两种工质,提出更适用于工程设计与应用的降膜蒸发传热关联式。研究结论如下:(1)实验流量范围内,随喷淋密度增加,平均传热系数先不断增大,喷淋密度超过临界值之后传热系数趋于平缓或者小幅下降;临界喷淋密度值随着管径增大而增加。随蒸发温度由50℃升高到70℃,淡水平均传热系数增大,3%盐度海水平均传热系数减小。当管间距增大时,平均传热系数呈现增大趋势;管间距增大对淡水平均传热系数带来的增益大于海水。相同实验工况下,管径越大,平均传热系数越小;3%盐度海水平均传热系数小于淡水平均传热系数。(2)沿传热管周向,局部传热系数在0°附近具有最大值,之后不断减小并在135°附近出现最小值,135°之后局部传热系数趋于平缓或者小幅增大。当喷淋密度、蒸发温度、管径、管间距和工质盐度改变时,局部传热系数变化规律与平均传热系数相似。管间距和工质盐度改变对局部传热系数的影响主要体现在0°-135°。(3)采用多元线性回归分析方法分别拟合了适用于19 mm、25 mm、32 mm和38 mm管径水平管的降膜蒸发传热关联式。对19 mm管径和25 mm管径水平管,工质分别为淡水和海水、不同管间距与管径比工况下,努塞尔数的计算关联式包括变量常系数项、雷诺数项和普朗特数项;对32 mm管径和38 mm管径水平管,工质分别为淡水和海水时,努塞尔数的计算关联式包括变量常系数项、雷诺数项、普朗特数项和管间距与管径比项。
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