水平管降膜蒸发液膜厚度及传热系数研究

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随着城市规模不断扩大,垃圾渗滤液的排放量日益增加。作为一种廉价、高效的垃圾渗滤液处理手段,水平管降膜蒸发工艺正越来越受到人们的重视。然而,由于水平管式降膜蒸发传热机理复杂,蒸发器的性能受喷淋方式,布管方式与管型,液膜流态,喷淋密度等等诸多因素的影响,加之目前并不存在普遍有效的设计方法,导致其在水处理工业中的应用并不广泛。本文通过有限元计算和实验研究,分析影响水平蒸发管液膜厚度和蒸发侧传热系数的因素,并获得有关经验计算公式,以指导水平管降膜蒸发设备的设计和制造。  本文主要的研究内容如下:  (1)在总结并分析水平管降膜蒸发原理、工艺及设备特点的基础上,设计并采用一种简易管式布液器以达到均匀布液要求。  (2)依据水平管降膜蒸发数值模拟的基本理论和方法,利用ModelDesigner对蒸发单元体进行造型,使用CFX模块的CFD方法进行分网并在管壁采用inflation边界层细化网格。设置边界条件,时间步长以及收敛精度。  (3)对蒸发管的单管液膜进行数值计算,计算结果表明管壁液膜厚度沿管壁周向持续变化,而可将从蒸发管顶部开始顺时针和逆时针旋转的45°处的液膜厚度作为成膜稳定区域内的液膜厚度平均值。  (4)采用有限元计算分别分析了喷淋密度、喷淋高度以及蒸发管径对管外液膜厚度以及蒸发传热系数的影响,并给出了获得稳定液膜和较高传热系数时所对应的各因素取值。结果表明,上述三因素对蒸发传热系数的影响均较显著,而蒸发管径对液膜厚度的影响则不显著。  (5)定性研究了液膜厚度和蒸发传热系数之间的关系,引出了液膜扰动的概念,依据有限元计算结果证明了液膜厚度的减小和扰动的增加在一定程度上有利于提高蒸发传热。  (6)建立了水平管降膜蒸发实验装置,研究了喷淋密度和喷淋高度对于蒸发传热系数的影响,并通过实验验证了上述数值计算的正确性。  (7)以喷淋密度、喷淋高度及蒸发管径为影响因素,采用均匀设计法计算了上述因素共同作用下蒸发管的液膜厚度及蒸发传热系数。并采用数值拟合的方法得到了多因素共同作用下液膜厚度和蒸发传热系数的计算表达式。
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