含湿混合气体在垂直管内对流冷凝换热实验研究
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中文摘要凝结是自然界和工业过程中最常见的传热方式之一。
利用冷凝回收装置对烟气余热进行回收,对于节约能源和保护环境具有现实和长意义。
为了考察烟气在翅片管外的凝结换热特性,论文分析了天然气燃烧的特点,对燃烧产物中水蒸气的数量进行了分析计算。
主要以天然气燃烧产生的烟气作为实验气体,分别从烟气的进出口温度、冷却水管壁面温度、烟气流速及不凝性气体的含量四个方面进行实验,通过对管束的实验观测,及对实验数据的处理分析,得出了水蒸气质量分数在10%-23%之间的湿烟气在翅片管外的凝结特点。
实验结果表明:烟气进口温度和冷却水管壁面温度的增加都对潜热换热起到了抑制的作用;烟气流速增加,增强了换热,水蒸气的凝结率降低。
不凝性气体质量分数的增加,虽增加了水蒸气的凝结率,但换热强度减弱了。
翅片管对换热起到了强化作用。
关键词:湿烟气强化传热翅片管管外凝结换热ABSTRACTCondensation is one of the most common heat transfer mode in natural and Industrial process. The recovery of waste heat is important for cons- erving the energy and protecting environment.In order to investigate the condensation of gas out of fin tubes, the char- acteristics of natural gas combustion and the calculation of quantity of the vapor are studied in this paper. Vapor and air are added into the system to change the velocity of the flow and the mass friction of the vapor in the ex- periments. The effects of flue gas velocity, flue gas temperature, entry tem- perature of cooling water and non-condensable gas co- ntent on convective condensation heat transfer are studied experimentally. The effect of fin on condensation is investigated in the experiments.The condensation is divided into two parts: the condensation on the side- wall of the fins and on the tube surface between the fins.The results show that: increases of flue gas inlet temperature and the co- oling pipe wall temperature go against the latent heat exchanger. With increasing of flue gas flow rate , heat transfer is enhanced , but water vapor condensation rate is reduced.The opposite conclusion is rea- ched by increasing mass fraction of Non-conden sable gas.Heat transfer is strengthen by using fin tube.Key words:Wet flue gas heat transfer enhancement Fin tubeCondensation heat transfer outside tube目录中文摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.1.1各类燃料燃烧特点 (1)1.1.2强化传热技术 (2)1.1.3凝结及烟气余热回收 (5)1.2管外凝结换热的研究现状 (8)1.2.1 理论研究 (9)1.2.2 实验研究 (10)1.3本论文主要工作和研究思路 (11)1.3.1论文主要研究内容 (11)1.3.2主要研究方案 (12)第2章实验系统 (14)2.1实验系统组成 (14)2.1.1实验仪器 (14)2.1.2系统结构 (15)2.2实验测量系统 (18)2.3实验前准备工作 (24)2.4实验方法 (25)第3章实验数据处理 (27)3.1参数确定 (27)3.2实验点的选择 (28)3.3实验误差分析 (29)3.4小结 (34)第4章凝结换热的影响因素分析 (35)4.1烟气流速的影响 (35)4.2烟气进出口温度的影响 (38)4.3冷却水进出口温度的影响 (41)4.4不凝性气体质量分数的影响 (44)4.5采用翅片管对凝结换热的影响 (47)4.5小结 (50)第5章结论 (51)致谢 (52)参考文献 (53)第1章绪论1.1研究背景及意义1.1.1各类燃料燃烧特点自然界中可供工业生产使用的燃料资源主要是煤、石油和天然气。
第50卷 第5期2016年5月西 安 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF XI’AN JIAOTONG UNIVERSITYVol.50 No.5May 2016收稿日期:2015-08-08。
作者简介:唐上朝(1971—),男,讲师;唐桂华(通信作者),男,教授,博士生导师。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51222604,51576156)。
网络出版时间:2016-02-02 网络出版地址:http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20160202.1551.004.htmlDOI:10.7652/xjtuxb201605004大量不凝性气体存在时不同润湿性管束对流冷凝传热实验研究唐上朝,胡浩威,牛东,唐桂华(西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安)摘要:为了实现工业中大量不凝性气体存在场合下蒸气的高效冷凝传热,建立了混合蒸气水平管束外对流冷凝传热实验系统,通过化学刻蚀与自组装方法对光管管束、2D肋管管束和3D肋管管束进行疏水与超疏水表面改性处理。
当大量不凝性气体存在时,对不同润湿性管束表面的冷凝形式及管束间冷凝液流型进行可视化观测。
实验研究了冷却水流速、混合蒸气流速、水蒸气体积分数等因素对不同润湿性的冷凝式换热器对流冷凝传热系数的影响,并分析不同水蒸气体积分数条件下管束效应的影响。
通过实验研究发现,当大量不凝性气体存在时,冷凝液在管束间形成滴状流,水蒸气体积分数对不同润湿性的冷凝式换热器的对流冷凝传热特性影响显著,随着管排数增加,对流冷凝传热系数增大,管束效应对超疏水光管管束的强化作用最大,当水蒸气的体积分数约为11%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.53倍,而当水蒸气体积分数约为23%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.34倍。
关键词:对流冷凝传热;不凝性气体;润湿性;管束效应中图分类号:TK124 文献标志码:A 文章编号:0253-987X(2016)05-0024-08Experimental Research on the Convective Condensation Heat Transfer ofTube Bundles in the Presence of Large Amount of Noncondensable GasTANG Shangchao,HU Haowei,NIU Dong,TANG Guihua(Key Laboratory of Thermal-Fluid Science and Engineering of MOE,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China)Abstract:To achieve the highly efficient condensation heat transfer in the industry with largeamount of noncondensable gas,an experimental system of convective condensation heat transferfor horizontal tube bundles containing air-vapor mixture was established.The methods using self-assembled monolayer coatings of n-octadecyl mercaptan and etching treatment were employed tocreate the hydrophobic and superhydrophobic surfaces.The convective condensation heat transferperformances of plain,2Dfinned and 3Dfinned horizontal tubes with different wettabilities werestudied.The condensation behaviors on the surfaces and the flow patterns of the condensatebetween bundles were also observed.In the experiment,the effects of typical factors includingthe flow rate of cooling water,the flow rate of air-vapor mixture,and the volume fraction ofwater vapor on the convective condensation heat transfer characteristics were investigated.It isfound that the droplet flow of condensate may be formed between the tube bundles in the presenceof large amount of noncondensable gas.As the number of tube row increases,the convective 第5期唐上朝,等:大量不凝性气体存在时不同润湿性管束对流冷凝传热实验研究 http:∥www.jdxb.cn http:∥zkxb.xjtu.edu.cn condensation heat transfer coefficient increases correspondingly and the heat transfer enhancementeffect of tube bundle is more significant.When the vapor volume fraction is about 11%,theconvective condensation heat transfer coefficient of superhydrophobic plain tubes with 9rows is1.53times of single row,and that of superhydrophobic plain tubes with 9rows reduces to 1.34times of single row when the vapor volume fraction reaches about 23%.Keywords:convective condensation heat transfer;noncondensable gas;wettability;bundle effect 能源是人类社会经济发展源动力,节能与环保成为当今世界的主题。
垂直管中音速蒸汽射流凝结汽羽形状的实验研究近年来,由于进步的技术出现了垂向管道射流的研究。
垂直管表面对蒸汽流体施加极低的压力,以获得高强度、高射流度的蒸汽射流。
在具有广泛应用前景的垂直管中,有一个重要的研究课题就是研究垂直管中音速蒸汽射流凝结汽羽形状的特性。
为了揭示垂直管中音速蒸汽射流凝结汽羽形状的特性,开展了垂直管中音速蒸汽射流凝结汽羽形状的实验研究。
在实验研究中,采用一台由上海市低压器分配有限公司制造的气体调节机和一台拉米夫斯基流量计,在垂直管的连续水力负荷计算系统下,设计了一个专用实验设备,以预测垂直管中音速蒸汽射流凝结汽羽形状的形状特性。
此外,还采取了可视化测量系统,用于测量实验结果,保障了实验的准确性。
实验结果表明,在低压射流情况下,垂直管中音速蒸汽射流凝结汽羽形状由水力压力和凝结液粘度共同决定,且凝结液在管道中的流动会影响凝结汽羽的形状,凝结汽羽的形状也会随着压力的变化而变化。
实验还发现,管内设计压力越低,凝结汽羽形状展开的角度会更窄,而当压力越低时,凝结汽羽形状会变得更加稳定,且凝结汽羽形状的稳定性会逐渐增加。
根据实验结果,本工作总结出垂直管中音速蒸汽射流凝结汽羽形状的两个基本特性。
首先,凝结液流动会影响凝结汽羽的形状,凝结汽羽的形状也会随着压力的变化而变化。
其次,管内低压实验的结果表明,凝结汽羽形状的稳定性会逐渐增加,而凝结汽羽展开的角度会更窄。
本实验研究结果可以为进一步开展垂直管射流的研究提供重要的基础性参考,形成垂直管射流计算理论及其应用的依据。
今天,许多国家都在发展低压垂直管射流技术,将技术应用到各个领域中,并取得了较好的效果。
未来,垂直管射流技术还会朝着精细化、节能减排、绿色环保等发展方向前进,为人类提供更加可持续的发展。
综上所述,垂直管中音速蒸汽射流凝结汽羽形状的实验研究积累了大量有价值的知识,可有助于我们更深入地理解垂直管射流的特性,从而为推动可持续发展做出重要的贡献。
垂直对流冷凝技术
解析:
垂直对流冷凝技术是一种先进的冷凝技术,主要应用于壁挂炉等供暖设备中。
其原理是利用废气的热量来加热供暖水,同时采用特殊的燃烧器和全预混燃烧技术,提高燃烧效率和热效率,从而实现节能和环保。
垂直对流冷凝技术采用圆柱形燃烧器,水平放置,360度表面燃烧,交换器成螺旋状围绕在燃烧器周围,废气自前向后推出并排放,热效率可达108%左右。
因废气前后流动,冷凝水受重力自然垂直下流,故此冷凝为“垂直对流冷凝”。
底部废气方向与冷凝水同向,有一定冲刷作用,交换器上部和两侧冷凝水蒸发较多,容易腐蚀和堵塞。
同时因特殊燃烧器结构,对燃气质量要求较高,建议加装燃气过滤器和冷凝包,每年保养一次。
混合气体水平管外对流冷凝换热机理研究的开题报
告
一、选题背景和意义:
工程应用领域中有大量的混合气体的流动和传热过程,例如燃烧、化工等领域。
在这些过程中,混合气体的流动和传热特性对于工艺的控制和优化具有重要的影响。
水平管外对流冷凝是一种常见的换热方式,其应用范围广泛,例如空调、冷冻设备等领域。
对于混合气体水平管外对流冷凝换热机理的研究,可以为混合气体传热领域提供参考和借鉴,为相关工程应用提供更加精准和有效的传热模型和参数。
因此,对混合气体水平管外对流冷凝换热机理开展研究具有重要的理论和应用价值。
二、研究内容和方法:
1.研究内容:
本文将主要研究混合气体水平管外对流冷凝换热的机理,包括混合气体传热特性、水平管外对流冷凝换热的过程和机理、换热传递规律等方面。
2.研究方法:
本文将采取理论分析和实验验证相结合的方法进行研究。
首先,通过对混合气体传热机理进行理论分析和计算,得出相关换热参数和传递规律。
其次,采用实验方法验证理论分析的结果,比较实验数据和理论计算的结果,最终得出混合气体水平管外对流冷凝换热的传热特性和机理。
三、研究进展和预期结果:
本项目目前已经开始进行理论分析和相关实验的准备工作。
研究预期将能够得出混合气体水平管外对流冷凝换热的传热特性和机理,并将结果应用于相关工程领域,为工艺优化和设备设计提供指导。
总之,本项研究具有一定的理论和应用意义,预期将为混合气体传热领域的发展做出一定贡献。
垂直管流实验报告2024垂直管流实验报告2024【实验目的】1.研究和掌握垂直管内气液两相流的特性;2.总结不同操作条件下流型的转变规律。
【实验仪器】【实验原理】垂直管内气液两相流是指在垂直管中,液相与气相同时通过的流动;两相之间存在流型转变的现象。
根据不同的工况条件,垂直管内气液两相流可以形成数种流动的模式,主要有泡状流、宽泡状流、液膜流和金属鼓泡流等。
【实验过程】1.开启实验装置,进行预热和准备工作;2.调节流量计,测量并记录气体和液体的流量;3.调整气体和液体的流量,观察不同流型的转变情况;4.记录不同工况下的压力和温度数据;5.结束实验,关闭设备。
【实验结果】在实验过程中,我们记录下了不同工况下的气体流量、液体流量、压力和温度等数据,并进行了整理。
通过对数据的分析,我们得出以下结论:1.泡状流是最常见的流型,气体和液体以泡泡的形式交替出现;2.随着气体流量的增加,泡状流转变为宽泡状流;3.随着液体流量的增加,泡状流转变为液膜流;4.在一定的气体流量和液体流量下,金属鼓泡流出现。
【实验分析】根据实验结果,可以看出,在不同的气体流量和液体流量条件下,垂直管内气液两相流会发生不同的流型转变。
流型的转变与气体流量、液体流量、压力和温度等因素有关。
更准确的模型和参数需要进一步的实验研究。
【实验总结】通过本次实验,我们进一步了解了垂直管内气液两相流的特性和流型转变规律。
同时,我们也学会了如何操作和调节实验装置,以及如何进行数据采集和分析。
实验的结果可为相关领域的工程设计和研究提供参考。
总体而言,本次实验顺利完成,达到了预期的实验目的。
但在实验中仍有一些不足之处,如实验过程中一些参数的测量可能存在误差,需要进一步改进。
此外,如果有更多的实验数据和样本,对于研究气液两相流的特性和流型转变规律将有更深入的理解。
竖直管内蒸汽完全冷凝换热特性的理论研究李勇;阎昌琪;李汶蔚;孙立成【摘要】Nusselt model is the theory model for predicting the film condensation of a quiescent vapor along an isothermal vertical plate. When the steam condenses inside a vertical, the interfacial shear stress due to the steam flow tends to accelerate the liquid film and to make it thinner which would induce the prediction by Nusselt theory deviating from the measured heat transfer coefficient. Considering the effect of interfacial shear stress, the Nusselt model for film condensation was modified in this paper. By using the Nusselt model as well as the modified model, the heat transfer characteristics of complete condensation in a vertical tube passive condenser were studied. The results show that the interfacial shear stress can change the flow state of vapor and liquid film inside tube and its influence on condensation can not be neglected. The modified model considers the interfacial shear stress appropriately, so the calculated values agree well with the experimental results.%Nusselt模型是静止蒸汽在竖直平壁上层流膜状冷凝换热的理论模型.蒸汽在竖直管内冷凝时,受管内蒸汽流速的影响,冷凝界面存在剪切应力,导致直接采用Nusselt模型计算冷凝换热系数会引入较大偏差.以非能动余热排出换热器冷凝换热工况为研究背景,考虑界面剪切力的影响,对Nusselt冷凝换热模型进行修正.分别采用Nusselt模型和修正模型对竖直管内蒸汽完全冷凝时的换热特性进行分析并与实验结果比较.研究表明,蒸汽在竖直管内完全冷凝时界面剪切力会改变蒸汽和冷凝液膜的流动状态,其对冷凝换热的影响不能忽略.修正模型合理地考虑了冷凝界面剪切力的影响,计算结果与实验结果吻合较好.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2012(046)001【总页数】6页(P26-31)【关键词】完全冷凝;界面剪切力;修正模型【作者】李勇;阎昌琪;李汶蔚;孙立成【作者单位】哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TL33非能动余热排出系统具有工作不依赖外部动力、减少能动设备、无需运行人员干预等优点,在第3代核电站及第4代先进核能系统设计中获得广泛应用。
竖直管内纯蒸汽冷凝换热机理模型的开发本文旨在探讨竖直管内纯蒸汽冷凝换热的机理,并开发相应的模型。
在竖直管内,纯蒸汽冷凝换热时,由于管内压力和温度分布的不均匀性,会出现一些复杂的传热现象,例如对流、辐射和相变等。
本文将深入研究这些现象的机理,并建立模型用于描述它们。
首先,我们将探讨竖直管内纯蒸汽冷凝换热的传热方式。
在竖直管内,对流传热是主要的传热方式。
对流传热受到管内流体的物理性质和管壁的热传导影响。
同时,在冷凝过程中,相变也会产生大量潜热,增加了传热的难度。
然后,我们将研究竖直管内纯蒸汽冷凝换热中的辐射传热机理。
辐射传热是一种非接触的传热方式,不需要介质参与。
在竖直管内的冷凝过程中,辐射传热在传热过程中也起到了重要的作用。
最后,我们将介绍相变对竖直管内纯蒸汽冷凝换热的影响。
相变产生的潜热使得传热过程更加复杂,同时相变还会使得传热系数发生变化。
基于以上机理,本文将开发竖直管内纯蒸汽冷凝换热的模型,以描述传热过程中的各种现象。
该模型将考虑对流、辐射和相变等因素,以实现更加全面和准确的传热分析。
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