板式降膜蒸发器流体流动及传热数值研究

• 作 者: 张博
• 出 处: 武汉理工大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 板式降膜蒸发 多相流 流动特性 数值模拟 传热传质

板式降膜蒸发器作为一种新型高效换热设备,其利用降膜蒸发传质带动传热的原理来提高换热效果,在石油、化工、和海水淡化等领域都中有着很大的发展前景。由于板外降膜蒸发是一种复杂的传热和传质过程,目前还缺乏对降膜蒸发过程比较深入的了解,因此对传热传质特性的研究有很强的必要性和现实意义。论文以流体力学基本理论和数值模拟方法为基础,借助流体力学模拟仿真软件FLUENT中的VOF模型建立了平板式降膜蒸发二维仿真模型,初步研究不同工况条件下对其传热性能的影响,通过数值模拟所获取的主要研究内容:(1)合理的提高液相入口温度和壁面热流量,可以提高相应界面温度,增强蒸发效应,提高传热性能;(2)提高入口空气的流速和降低液相进口流率可以强化蒸发换热,提高蒸发器的换热效果,但是要选择合适的液相进口流量和空气入口流速。接下来此基础上再定义了气相对液膜的剪应力作用以及表面张力效应的源项来建立了波纹板二维降膜蒸发仿真模型,深入的模拟研究其流动和传热传质特性,得到以下结论:(1)波纹板壁面对流场的影响较大,在波纹凹陷处气相的速度相对较小,液相的速度在重力的作用下越向下速度越大;(2)在液膜向下流动过程中,液相的进口部分液膜的厚度较大,而随着流动的进行,液膜的厚度不断变薄;(3)温度分布和传热传质效果都存在由于波纹产生的波动趋势;(4)在水平方向上,温度都是逐渐降低的,并且在液相和气相中,其变化梯度都先大后小的,两相相界面附近的温度在变化,但温度变化速率不连续;(5)提高壁面热通量、降低空气相对湿度、提高空气进口速度、增加液相进口温度与流量都可以促进液蒸发效应,但其蒸发速率的提高并不一定能说明其传热性能提高了。通过以上研究初步模拟研究影响板外降膜蒸发流动和传热传质性能的各项因素,加深对实际降膜蒸发设备中的液膜流动以及传热过程的认识,并对实际工业应用中改善提升传热效果的优化措施提供理论指导。