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低温多效海水淡化系统用水平管降膜蒸发器是一种低蒸发温度、小传热温差和高传热系数的高效换热器,其主要包括水平管内的蒸汽冷凝过程和管外的液体蒸发过程,涉及到单相流体流动、气液两相流动以及流固耦合等复杂现象。因此,对水平管降膜蒸发器液膜流动铺展过程以及换热过程的研究,有利于水平管降膜蒸发器的设计和改良。本文建立了一个波长周期的三维单管水平管降膜流动蒸发模型,使用基于有限容积法的CFD软件,采用VOF两相流模型捕捉气液界面,压力与速度的耦合方式采用PISO算法,模拟了水平管外的降膜流动和传热过程。通过改变入口处风速以及喷淋孔喷淋量改变运行工况,研究了不同工况下的水平管外液膜流动传热过程,并得出了相关结论。首先研究分析了水平管外液膜的流动铺展过程:液柱冲击管壁后,相邻液柱的降膜液体相向流动,最终在水平管中心汇合形成环状的液膜波峰,并在水平管底部形成二次液柱,波峰两侧液膜对称分布,形成错排流;竖直方向速度值随着圆周角的增大先增大后减小,最大值出现在110°左右,且速度值与喷淋密度关系不大;波峰区域液膜厚度随着喷淋密度的增加而增加,非波峰区域并不存在这一现象。其次分析了绕流蒸汽对液膜分布以及传热的影响:随着绕流风速的增大,迎风面液膜流动速度变化显著,膜厚整体减小,背风面膜厚增大,两面膜厚都趋于均匀;在绕流蒸汽的作用下,管外液膜最薄处出现在一次液柱截面,迎风面150°周向角处;随着喷淋密度的增加,管外液膜的稳定性得到提升,发生干斑的可能性降低;管外传热系数的大小主要受膜厚与液膜内波动程度的影响,沿周向先减小后增加,最小值在160°至170°之间;沿轴向从中间向两端先减小后增大,在波峰区域边缘处取得最小值;喷淋密度对传热系数并无明显的单调影响。最后分析了绕流蒸汽对管间液柱的影响:发现了实际液柱偏移时的特点,指出了管间液柱与来流蒸汽之间关系的理论推导公式所存在的不足;喷淋密度越大,管间液柱越稳定;在小喷淋密度条件下,管间液柱的临界偏移角度约为几何临界角的50%;随着喷淋密度的增加,来流蒸汽的极限风速逐渐增大,而临界偏移角则逐渐减小。