【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種降膜蒸發(fā)的分析方法，特別是涉及一種換熱管外壁增加肋片的降膜蒸發(fā)分析。
技術介紹
1、水平管降膜蒸發(fā)是一種高效的相變換熱技術，常用于海水淡化、制冷熱泵、石油化工等工業(yè)領域，相比滿液式蒸發(fā)器，降膜式蒸發(fā)器具有工質用量少、設備體積小、傳熱系數(shù)高等優(yōu)點。在過去幾十年中，許多學者對水平管表面降膜流動和傳熱行為進行了諸多研究，旨在提高降膜蒸發(fā)器的傳熱性能。
2、水平管外液膜的流動行為與傳熱特性密不可分。nu通過求解降膜的動量能量方程，最早提出了管外液膜厚度的計算公式；benjamin等在nu理論研究的基礎上，引入氣液界面波動的影響因素，提出了新的計算模型。水平管降膜蒸發(fā)中的流型可以分為滴狀流、柱狀流、片狀流。管間流型轉變早年由mitrovic進行預測，隨后ambruster等對流型特征加以補充；此外hu等通過實驗觀測，明確定義了水平管外的流型特征re，在re＝150~200時，流型從滴狀向柱狀過渡；在re＝315~600時，流型從柱狀向片狀過渡。
3、水平管降膜蒸發(fā)的流動特性是降膜蒸發(fā)技術得以發(fā)展的重要基礎，在此基礎上學者們通過實驗和模擬對降膜蒸發(fā)傳熱特性做了許多研究。xu的降膜流動傳熱性能實驗表明，當re在200~2500范圍內時，管外側傳熱系數(shù)隨噴淋密度和蒸發(fā)溫度的升高而增加，隨管壁與管外流體間傳熱溫差的增大而略微減小，總傳熱系數(shù)則隨飽和溫度的增加而顯著提升，隨傳熱溫差的增加而降低。然而其他研究者卻得出了不同的結論。fletcher等實驗發(fā)現(xiàn)，管外傳熱系數(shù)隨噴淋密度的增大先增大后略微下降，這是因
4、應用強化傳熱技術、提高蒸發(fā)器傳熱效能，是研究者的一貫追求。通過改變管截面形狀，實現(xiàn)更均勻管外液膜分布、更薄的液膜，進而達到更好的管外傳熱效果。對此，許多工作者做了大量研究。qi通過數(shù)值模擬與實驗相結合方法證明了橢圓管相對于圓管傳熱傳質效果更好，總傳熱系數(shù)提高?1.2?倍。zhao等實驗模擬了傾斜橢圓管上液膜變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)較低一側管壁尤其是末端上半部分容易產(chǎn)生干壁區(qū)域，但橢圓管具有良好的傳熱傳質特性和較好的壓降特性。zhang等通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)橢圓管的液膜更均勻，液膜厚度最小位置出現(xiàn)在90°圓周位置。luo對蛋形管和滴形管實驗與模擬研究得出，管外傳熱系數(shù)分別高出圓管11.5%~16.2%和5.0%~14.0%，原因是蛋形管和滴形管的無量綱溫度更低，熱邊界層更薄，但模擬中采用了fluent自帶的蒸發(fā)冷凝模型模擬整個域內的相變。fluent模擬自身蒸發(fā)冷凝模型具有局限性，生成氣泡只能用核態(tài)沸騰的理論解釋，結論有一定參考作用，但并不能解釋工業(yè)生產(chǎn)中水平管降膜蒸發(fā)的蒸發(fā)現(xiàn)象。
5、綜上所述，在水平管降膜蒸發(fā)系統(tǒng)中通過改變管型能夠改善管外液膜流動特性。此外，管外表面強化換熱還可以通過增大熱交換面積、增大流體速度、加劇流體內部的擾動、增加蒸發(fā)時的汽化核心數(shù)目等方法實現(xiàn)。
6、通過對換熱管外壁面增設肋片作壁面強化處理實現(xiàn)強化換熱，研究者們對此進行了如下研究。mohamed等實驗研究螺旋槽管外水的降膜蒸發(fā)，結果表明節(jié)距為3mm的螺旋槽管的液膜厚度較圓管的低，其nu提高了45%，節(jié)距越小強化效果越明顯；wang等人通過求解數(shù)學模型發(fā)現(xiàn)，當螺旋槽管肋高度從0.2mm增加到0.3mm時，傳質傳熱率分別比光滑管高18%和30%。putilin和rifert等實驗發(fā)現(xiàn)，縱向溝槽管的傳熱系數(shù)較光滑圓管高出30%-90%；但sabin和poppendiex卻表明，縱向溝槽管對強化傳熱不起作用。對比這兩者文獻發(fā)現(xiàn)，后者溝槽深度比前者淺了十倍不止，即過淺的溝槽相當于僅僅增加了管子表面粗糙度，在低噴淋密度下對傳熱影響不大，也就是說溝槽結構尺寸對液膜流動特性有較大影響。因此，仍需進一步關注溝槽結構尺寸的影響。roques和thome在不同條件下實驗研究了gewa-b、turbo-bii、high-flux三種強化管，結果發(fā)現(xiàn)high-flux管的傳熱性能是前兩者的三倍。zhao等實驗研究了典型強化管外的降膜蒸發(fā)和池沸騰，發(fā)現(xiàn)增強管的總傳熱系數(shù)比光滑管高3倍，殼程降膜蒸發(fā)傳熱系數(shù)增加了2.1~4.9倍。
7、綜上所述，相比改變管型，換熱管外壁面增設肋片更能提高管外傳熱系數(shù)，更具研究價值。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術提供了一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，實現(xiàn)對水平管增加肋片的降膜蒸發(fā)效果分析。
2、本專利技術提供了一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，包括：
3、s1.建立水平管的幾何模型，模擬氣液交界面；
4、s2.基于模擬氣液交界面，對水平管外的液體建立湍流模型；
5、s3.基于氣液交界面、湍流模型，進行熱量傳導模擬，獲得水平管降膜蒸發(fā)的模擬模型。
6、進一步地，所述s1.建立水平管的幾何模型，包括：
7、s101.獲取單個水平管的剖面結構；
8、s102.對剖面結構進行模型簡化，獲取簡化后的二維區(qū)域；所述二維區(qū)域為單個水平管剖面結構的半側區(qū)域，且該半側區(qū)域至少一邊與水平管剖面結構的豎直中心線重合；
9、s103.模擬噴淋條件，確定二維區(qū)域的氣液交界面。
10、更進一步地，所述s103中模擬噴淋條件，包括：
11、建立噴淋環(huán)境公式，具體為：
12、
13、
14、式中，γ為噴淋口半側的噴淋密度；u為液體入口速度；ρ為液體密度；w為水平管的半側噴淋寬度；v為動力粘度。
15、進一步地，所述s2.基于模擬氣液交界面，對水平管外的液體建立湍流模型，包括：
16、s201.基于模擬氣液交界面，對液相、氣相進行體積分割；
17、s202.分別確定蒸發(fā)過程、冷凝過程的熱量傳遞情況；
18、s203.基于熱量傳遞情況，確定液相、氣相之間的質量變化情況；
19、s204.建立湍流模型。
20、更進一步地，所述s201.基于模擬氣液交界面，對液相、氣相進行體積分割，包括：采用vof模型來動態(tài)追蹤氣-液相自由界面的流動行為；該模型將各相混合物看成一種流體，流動變量和物性參數(shù)均取體積平均值，每個控制體內各項體積分數(shù)之和為1。
21、
22、式中?，αl、αg分別為液相和氣相的體積分數(shù)。
23、更進一步地，所述s202.分別確定蒸發(fā)過程本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權利要求1所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述S1.建立水平管的幾何模型，包括：
3.根據(jù)權利要求2所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述S103中模擬噴淋條件，包括：
4.根據(jù)權利要求1所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述S2.基于模擬氣液交界面，對水平管外的液體建立湍流模型，包括：
5.根據(jù)權利要求4所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述S201.基于模擬氣液交界面，對液相、氣相進行體積分割，包括：
6.根據(jù)權利要求4所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述S202.分別確定蒸發(fā)過程、冷凝過程的熱量傳遞情況，包括：
7.根據(jù)權利要求4所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述S203.基于熱量傳遞情況，確定液相、氣相之間的質量變化情況，包括：
8.根據(jù)權利要求4所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述S204.建立湍流模型，包括：
9.根據(jù)權
10.根據(jù)權利要求1所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于：所述k方程、ω方程及其比耗散率的輸運方程具體包括：
...【技術特征摘要】
1.一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權利要求1所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述s1.建立水平管的幾何模型，包括：
3.根據(jù)權利要求2所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述s103中模擬噴淋條件，包括：
4.根據(jù)權利要求1所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述s2.基于模擬氣液交界面，對水平管外的液體建立湍流模型，包括：
5.根據(jù)權利要求4所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于，所述s201.基于模擬氣液交界面，對液相、氣相進行體積分割，包括：
6.根據(jù)權利要求4所述一種水平管降膜蒸發(fā)的分析方法，其特征在于...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：牛犇，張偉，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發(fā)明
國別省市：
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