水平管降膜蒸发器综合传热系数

水平管降膜蒸发器综合传热系数水平管降膜蒸发器综合传热系数模型摘要：基于在水平管降膜蒸发器传热性能研究现状的基础上，以及热法高倍数蒸发浓缩油田废水的具体任务与要求，建立水平管降膜蒸发器传热系数与污垢热阻的模型，通过有关方程建立污垢热阻与蒸发浓缩时浓度变化的关联式。

依据各部分的关联式，经过详细推导，得到水平管降膜蒸发器综合传热系数关联式。

根据物理模型和关联式，讨论浓缩倍数和流量变化对水平管降膜蒸发器综合传热系数的影响。

结果表明：在蒸发浓缩油田废水时，浓缩倍数的提高降低了水平管降膜蒸发器的综合传热系数。

油田废水处理量的增加，在一定程度上强化了水平管降膜蒸发器的传热效率。

模拟计算得到水平管降膜蒸发器的综合传热系数在936~940W/(m2K)的范围内。

关键词：水平管降膜蒸发器；传热系数；污垢；浓缩倍数；油田废水0前言蒸发是指将含有非挥发性溶质和挥发性溶剂组成的溶液利用加热作用使溶液中一部分溶剂汽化与溶质分离、溶液被浓缩的过程[1]，常用的蒸发操作的设备有升膜蒸发器、降膜蒸发器和旋转刮膜式蒸发器3 类。

具有发展前景的是水平管降膜蒸发器，因此水平管降膜蒸发器传热性能研究的文献相对多些。

吴鸿等[2]研究了三效降膜管式蒸发器，建立蒸汽侧冷凝传热参数的数学模型，分析蒸汽压力、温差等因素对传热性能的影响。

本文针对油田废水蒸发浓缩的实例，建立水平管降膜蒸发器综合传热系数关联式，并考察一些因素对综合传热系数的影响程度。

1 管式降膜蒸发器的结构及工作原理管式降膜蒸发器结构简单，由加热蒸发室、分配盘、汽液分离室、除雾器、循环管等部分构成。

管式降膜蒸发器加热蒸发室是由壳体、上管板、隔板、下管板和加热管等构成。

壳体是根据工作压力按压力容器或常压容器设计，并考虑到在真空状态下受外压时的稳定性合理设置加强结构。

壳体、加热管和管板的材质可根据介质性质或用户使用要求，选用碳钢或不锈钢材质。

加热蒸发室的中心为内置循环管，其余部分为均匀分布的加热管。

水平管降膜蒸发传热的实验研究进展路慧霞*马晓建(郑州大学)摘 要 介绍了水平管降膜蒸发的原理、特点及管束间液膜的流动形态,总结水平管降膜蒸发在实验条件不同时对传热性能影响的研究情况,并提出了进一步研究的方向。

关键词 水平管降膜蒸发器 薄膜蒸发 传热中图分类号 TQ 051 6+2 文献标识码 A 文章编号 0254 6094(2008)02 0114 05蒸发是工业上常见的单元操作过程,提高蒸发器的传热和蒸发效率对于减少设备投资和节能降耗都有重要意义。

水平管降膜蒸发器是一种高效节能换热设备,与其他类型的蒸发器相比有明显的优势。

水平管降膜蒸发技术属薄膜蒸发,由于其传热壁面两侧均有相变产生,且蒸发侧的液膜波动,因而有高的传热系数和热流密度,低的传热温差,尤其低温传热性能优良,适用于低温余热的回收,这点已被国内外学者所证实[1]。

因此,水平管外喷淋式降膜蒸发器以其独特的优点已广泛应用在废液处理、产品浓缩以及副产品回收等过程。

水平管降膜蒸发器作为一种高效节能换热设备,影响其换热效果的因素很多,众多研究者对此进行了大量的研究工作,但由于气液界面存在的波动引起水平管降膜蒸发传热的复杂性,使研究的结果有所不同。

1 水平管降膜蒸发的原理水平管降膜蒸发是溶液在重力、离心力及界面剪力的作用下,由一个水平管向下滴落到与其串联的另一个水平管上,沿加热管外壁呈膜状向下流动,并依靠管内介质的加热而不断蒸发产生二次蒸汽的过程,并在加热管外形成气液两相共存的流动状态。

该过程属于溶液中的水分由液相向气相转移的热质传递,其热传递主要依赖导热和对流换热,质传递主要依赖分子扩散和对流扩散[2]。

2 水平管束间液膜的流动形态水平管束间液膜的流动形态如图1所示,主要有滴状流、柱状流和片状流3种主要流态,另有少量的滴 柱状流和柱 片状流两种过渡流态。

管间流动形式与料液的流率、管间距及料液的性质有关。

一般当料液流率相对较低时,液体以滴状形式下落;而在流率相对较高的情况下,液体则以柱状形式下落;当液体流率更高时,液体则会以片状形式下落[3]。

第36卷第8期2015年8月太阳能学报ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICAVol.36,No.8Aug.,2015收稿日期：2013-06-23基金项目：国家自然科学基金重点项目（51336001）通信作者：沈胜强（1961—），男，博士、教授，主要从事海水淡化、传热传质、节能与新能源等方面的研究。

zzbshen@.文章编号：0254-0096（2015）08-1996-06水平管外降膜蒸发传热实验研究陈学，刘晓华，沈胜强，牟兴森（大连理工大学，辽宁省海水淡化重点实验室，大连116024）摘要：以水为工质，对直径为19mm 的铝黄铜管外降膜蒸发传热过程进行实验研究。

实验通过测量管表面和饱和蒸气温度，计算得到平均和局部传热系数。

由实验数据分析喷淋密度、蒸发温度、热流密度、管间距等参数对管外平均传热系数的影响，并与直径25.4mm 铝黄铜管降膜蒸发传热系数进行比较，讨论局部传热系数随周向角度的变化。

结果表明，在实验范围内，管外平均传热系数随温度的升高而增大，随喷淋密度的增大先增大，后略微下降。

小管径管的降膜蒸发传热系数大于大管径管的传热系数。

关键词：海水淡化；水平管；多效蒸发；降膜蒸发；传热系数中图分类号：TK124文献标识码：A0引言水平管降膜蒸发技术作为一种高效的传热手段被广泛应用于海水淡化、化学工程、石油工业、制冷工业、食品加工等方面。

在水平管降膜蒸发中，气液容易迅速分离，传热温差小，因而比竖管降膜与浸没管蒸发具有更好的传热效果。

而且在作为热法海水淡化主要技术的多效蒸发（multi -effect distillation ，MED ）设备中，操作温度一般低于70℃，水平管降膜蒸发展现出良好的综合特性［1］。

在水平管降膜蒸发传热领域，针对不同的设备和工质，国内外学者做了很多研究工作，但结论不尽相同。

G.Ribatski 等［2］对2004年前的水平管降膜蒸发研究做了系统总结。

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟蒋淳;陈振乾【摘要】建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响.结果表明:沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部\"干涸\"和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2018(069)010【总页数】7页(P4224-4230)【关键词】水平管;降膜蒸发;流动;传热;数值模拟【作者】蒋淳;陈振乾【作者单位】东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;江苏省太阳能技术重点实验室,江苏南京 210096【正文语种】中文【中图分类】TB657.5水平管降膜蒸发器由于其流速低、温差小、传热系数高等优点，在化工、石油冶炼、海水淡化等行业已得到广泛应用[1]。

而随着氟氯烃的逐步淘汰，降膜蒸发技术也开始应用到制冷系统中，相比于传统的满液式蒸发器，水平管降膜蒸发器优势明显：①传热系数较高，由实验结果可知，降膜式蒸发器换热的传热系数比池沸腾高[2]；② 制冷剂充注量较少，根据系统的设计可减少20%～90% 的制冷剂充注量[3]；③管外制冷剂流体的压降很小，从而可以减小温差损失。

降膜蒸发传热机制复杂，喷淋密度、热通量、饱和温度、布液等都会影响降膜流动和传热[4-9]。

在降膜蒸发过程中，通过液膜的热量传递方式主要为导热和对流[10]，因此液膜厚度与传热系数的大小密切相关[11-15]，许多学者都对降膜流动的液膜分布及其厚度进行了研究[16-19]。

中国化工报/2009年/1月/19日/第002版科技创新水平管降膜蒸发器实现高效换热特约记者徐红石家庄工大化工设备有限公司承担的水平管降膜蒸发器的研究项目日前通过鉴定。

该水平管降膜蒸发器的核心部分——液体分布器采用了分配管底部与布液管连接的结构形式，属国内首创，与国内普遍使用的竖管降膜蒸发器相比，极大提高了换热效率。

水平管降膜蒸发器与目前国内普遍使用的竖管降膜蒸发器不同，其被蒸发溶液是在换热管外表面成膜状分布，而在加热蒸气走管内，传热系数是竖管降膜蒸发器的两倍。

水平管降膜蒸发器除具备竖管降膜蒸发器传热系较高、适合处理热敏性物料、传热温差损失小，易于实现多效蒸发等优点外，由于料液在换热管外成膜，还具备成膜情况、结构情况较易观察等特点。

据介绍，水平管降膜蒸发器正常运行的条件之一是液体沿换热管均匀分布。

在蒸发过程中，在相同热负荷作用下，给液不足的管子可能会结垢、烧焦、甚至出现“干壁”或烧毁现象，而液膜过厚的管子因传热量不足不能充分传热，从而导致传热情况的恶化。

为解决液体均匀分布难题，该公司课题组开发出了独特的液体分布装置。

经测试，装置液体分布不均匀度低于5%，提高了液体分布的均匀性和蒸发强度。

据了解，水平管降膜蒸发器是美国Aqua-chem公司在20世纪60年代中后期研究开发的高效换热装置。

石家庄工大化工设备有限公司于2007年10月开始进行水平管降膜蒸发器研发项目立项，截至记者发稿时，已完成调研、设计、实验设备安装、试验、成果鉴定等全部工作。

目前，该公司已着手将此研究成果转化用于工业生产。

由于水平管降膜蒸发器具有较高的传热系数、适合处理热敏性物料、传热温差损失小、操作中的问题易于观察和控制等特点，在海水淡化、造纸工业、化学工业、制药工业等多方面具有广阔的应用前景。

在水资源短缺地区及军工领域可用其制淡水，同时，其优越的传热性能将在节能方面发挥重要作用。

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