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列管多效蒸发水系统作为低品位热能回收利用和水处理装置,在当下能源紧张、可饮用水资源匮乏的时代发挥着重要作用。列管蒸发器和气液分离器是列管多效蒸发水系统的关键结构,它们对能效和产品水质量提高有重要意义。本文首先采用数值模拟方法,对列管多效蒸发水系统的蒸发器侧管内插涡发生器进行强化传热研究,对分离室侧的旋风分离器结构进行流场和分离效率分析。进一步对单效蒸发水系统进行冷态实验和模拟,分析单效蒸发水系统空气入口流量(即蒸汽分离处理量)对流场的影响。主要内容和结论如下:1)提出一种圆管内插叶片为抛物线结构的涡发生器。考虑改变涡发生器圆锥顶角、安装方向(上游和下游)、安装位置(中心和偏心)和安装间距,采用FLUENT软件的RNG k-?湍流模型与增强壁面处理(EWT)数值分析恒壁温边界条件和雷诺数(Re)在25953-51906范围内管内流体速度场与温度场分布规律。并以努赛尔数(Nu)、摩擦阻力系数(f)和综合性能评价因子(PEC)为主要参考目标对各种结构的传热性能进行综合评价。结果表明内插涡发生器具有传热强化作用。两个涡发生器间距P=150mm、上游、偏心安装时Nu最大,比光滑圆管大170;单个涡发生器上游、偏心安装时PEC最大为1.046。2)数值模拟设计旋风分离器结构。利用FLUENT软件中雷诺应力湍流模型(RSM)和多相流模型(VOF和DPM模型)分析入口形式(单入口、对称双入口和上下双入口)以及入口长度对旋风分离器内流场和气液分离效果影响。结果表明对称双入口旋流分离器流场表现更稳定对称,分离效率更好;入口长度c=1.25D/2时就能保证旋风分离器内部流场充分完全发展,不再受入口长度的影响;入口速度u=10m/s、体积浓度为2%时,粒径dp≥5μm颗粒能实现完全分离。3)单效蒸发水系统冷模实验和数值模拟。根据旋风分离器结构优化数值模拟结果,搭建单效蒸发水系统冷模实验装置。在不同空气入口流量下,分析内置旋风分离器的底流管直径对系统压降、倒吸高度和流场的影响。结果表明:随空气入口流量的增大,系统压降和倒吸高度均增大,但分离器内部流场稳定性降低;小直径底流管系统压降和倒吸高度均大于大直径底流管;数值模拟结果和实验结果吻合较好,最大误差不超过10%。同时,内置的旋风分离器内部流场具有双层螺旋流和“兰金涡”特征,与第四章讨论的独立旋风分离器流场特征一致,因此系统的分离效率可由独立旋风分离器进行计算。本研究可为多效蒸发水系统的设计提供参考。