水平管降膜式蒸发器管间流动模式的研究

水平管降膜蒸发管间流动形态特点水平管降膜蒸发是一种常见的传热方式，其流动形态特点是蒸汽在水平管内降膜流动，同时与管壁上的液体发生传热和质量传递。

下面将从液膜流动、热传递和质量传递三个方面来解释水平管降膜蒸发的流动形态特点。

一、液膜流动特点水平管降膜蒸发中，液膜在管壁上形成并流动，具有以下特点：1. 液膜薄而均匀：由于液体在水平管内形成均匀的薄液膜，液膜的厚度相对较小，通常在几十微米到几百微米之间，这样可以增大蒸汽和管壁之间的传热和质量传递面积，提高传热效率。

2. 液膜流动稳定：在水平管内，液体受到重力作用，沿着管壁下降形成降膜流动。

由于重力的作用，液体形成稳定的液膜流动，不会出现液滴脱落或剧烈波动的现象。

3. 液膜流动速度较快：液膜在管壁上快速流动，使得液体与蒸汽之间的热阻减小，加快了传热速率。

二、热传递特点水平管降膜蒸发中，热量通过液膜传递给蒸汽，具有以下特点：1. 热传递效果好：由于液膜薄而均匀，热量可以快速地从管壁传递给液体，然后通过液膜传递给蒸汽。

液膜的存在增大了传热面积，提高了传热效率。

2. 热传递均匀：液膜的流动使得热量可以均匀地传递给蒸汽，不会出现热点或冷点的现象。

这样可以保证整个系统的温度均匀，提高传热的稳定性。

3. 热传递速率高：液膜流动速度较快，加快了热量传递的速率。

同时，液膜的薄度也减小了热阻，进一步提高了传热速率。

三、质量传递特点水平管降膜蒸发中，溶质通过液膜传递给蒸汽，具有以下特点：1. 质量传递效果好：由于液膜薄而均匀，溶质可以快速地从液体传递到蒸汽中。

液膜的存在增大了溶质传递的面积，提高了传质效率。

2. 质量传递均匀：液膜的流动使得溶质可以均匀地传递给蒸汽，不会出现浓度梯度过大的现象。

这样可以保证质量传递的均匀性，提高传质的稳定性。

3. 质量传递速率高：液膜流动速度较快，加快了溶质传递的速率。

同时，液膜的薄度也减小了质量传递阻力，进一步提高了传质速率。

水平管降膜蒸发的流动形态特点主要包括液膜流动稳定、热传递效果好、质量传递效果好等。

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]。

水平滴形管降膜蒸发器管外液体流动数值模拟王伟洁;杨丽;冀哲【摘要】针对制冷系统中降膜蒸发器的两种不同管形的换热管(圆形管和滴形管)管外液膜流动情况进行研究.通过Fluent软件,建立二维模型,以制冷剂R134a为介质,进行数值模拟.通过不同的换热管管形、不同的布液高度、不同的布液器出口初始流速及不同的管间距组合下的多种工况,分析换热管管外成膜情况、液膜的流动情况和成膜厚度.结果显示:在各模拟条件相同的情况下,滴形管的成膜管排数比圆形管多,且滴形管管外制冷剂流动的扰动较少,成膜更加均匀.滴形管成膜管排数随着布液高度的增大而减少;液膜厚度随布液高度的增大而减小;但是布液高度不应过大.滴形管液膜厚度随初始流速增大呈现增大的趋势,柱状流成膜范围也加大.滴形管成膜管排数、液膜厚度均随着管间距增大而减少.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2018(038)012【总页数】6页(P15-20)【关键词】制冷系统;降膜蒸发器;数值模拟;异形管;滴形管【作者】王伟洁;杨丽;冀哲【作者单位】山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学山东省建筑节能技术重点实验室,山东济南250101;山东建筑大学可再生能源建筑利用技术教育部重点实验室,山东济南250101;山东省贝莱特空调有限公司,山东德州253500;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TU831.71 概述由于水平管降膜蒸发器换热性能好，传热温差小，越来越多的工业领域开始使用换热效率较高的降膜蒸发器进行工业生产，这将大大降低成本，同时实现节能减排。

因此，为增强降膜蒸发器的换热效率，对不同的换热管管型进行数值模拟，研究换热管管外制冷剂流动情况及成膜厚度具有重要意义。

一开始，学者们研究较多的是圆形换热管管外液体流动情况及液膜厚度[1-8]。

后来，关于降膜蒸发器采用异型换热管来增强换热效果的研究逐渐增多[8-12]。

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。

降膜蒸发的研究情况降膜蒸发是液体在重力和界面剪切力作用下，呈膜状向下流动被加热蒸发的过程。

降膜蒸发器主要有三类：水平管式降膜蒸发器、竖直管式降膜蒸发器和板式降膜蒸发器。

水平管降膜蒸发器中，液体经过分布器在水平管束外面形成液膜，在重力作用下向下流动。

竖直管降膜蒸发器中，液体从顶部进入，在液体分布器作用下在管内形成液膜，在重力的作用下沿管内壁呈膜状向下流动。

板式降膜蒸发器是在重力作用下，液体在加热板壁面上形成薄膜向下流动。

近年来，因为能源危机和环境问题，对于耗能设备的要求越来越高，开发高效蒸发设备对工业来说有重要意义。

降膜蒸发具有物料与加热面接触时间短、热通量高、压降小、静压头低和持液量低等优点，在较低的流率、较低蒸发温度下就有比较高的传热系数，因此在化工、医药、食品、冶金、轻工及海水淡化等工业生产中得到了广泛应用。

降膜蒸发中，下降液体在壁面铺展形成液膜，既增大了气液接触面积又降低了通过液膜的热力学阻力，同时也降低了蒸汽流经液膜表面的流动阻力。

降膜流动由于广泛应用于工业传热和传质过程中，引起了研究者大量的关注。

对于降膜蒸发的研究最早开始于Nesselt，随后很多研究者进行了实验和理论研究，试图给出降膜蒸发的传热关联式、传热传质的影响因素。

但是因为降膜蒸发中蒸发和沸腾的同时存在，很难分出各自单独的影响，而且由于实验过程中的模型及参数简化等因素，这些研究能够为工业应用提供的指导意义有限，还需要深入研究。

对于降膜传热过程，很多研究者根据实验提出了不同条件下的关系式。

Chun 和Seban对垂直管外降水膜的传热性能进行了详细的研究，通过测定壁温、饱和蒸汽压确定传热系数，得到实验关联式。

但是他们没有考虑二次蒸汽的影响，尽管如此，很多研究者验证模拟结果时都是依据Chun和Seban得到的关联式。

赵起、邓鸿在接近工业应用的条件下，考虑了二次蒸汽的影响并进行实验，得到了相关实验关联式。

T.A. Adib等用中试规模降膜蒸发器，研究沸腾传热系数以及相关过程参数的变化规律,简化处理了传热系数的影响因素，结果发现纯水的变化规律与非泡核沸腾和湍流形态的数据一致，糖水溶液的传热与降膜蒸发器的整个传热系数的方程式有相同的变化趋势。

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]。

水平管降膜蒸发器管外液体流动数值模拟宋小曼;杨丽;王伟洁【摘要】采用Fluent软件,针对换热管采用旋转三角形排布方式,换热管分别选用椭圆管、圆管的水平管降膜蒸发器(换热管内为水,换热管外为制冷剂),对布液口制冷剂入口流速(分别选取0.1、0.15 m/s)、管纵向间距(分别选取6.4、9.5 mm)对管间制冷剂流动状态(柱状流、滴状流)、管外成膜效果、液膜厚度的影响进行模拟研究.对于椭圆管管束,在管间距一定的条件下,随着制冷剂入口流速增大,管间基本能保持柱状流.与制冷剂入口流速0.15 m/s相比,制冷剂入口流速为0.1 m/s时,管束尾部的管外成膜效果变差.在制冷剂入口流速一定的条件下,随着管间距增大,管束尾部管间滴状流增多,管外成膜效果变差,但未出现明显的管与管之间滴状流的互相扰动.对于圆管管束,制冷剂入口流速、管间距对管间制冷剂流动状态、管外成膜效果的影响与椭圆管管束基本一致.相同条件下,圆管管间制冷剂流动状态及管外成膜效果均逊色于椭圆管,而且管束尾部出现了明显的管与管之间滴状流的互相扰动.在相同的管间距、制冷剂入口流速务件下,与圆管相比,椭圆管的管外液膜厚度更薄.较小的制冷剂入口流速有利于减小管外液膜厚度,促进换热效率的提高,但不利于管束尾部的管外成膜.管间距对管外液膜厚度的影响比较小,但不宜过大,以免影响管束尾部管外成膜效果.对于采用旋转三角形排布方式的水平管降膜蒸发器,换热管应选用椭圆管,制冷剂入口流速、管间距的选取应兼顾管外液膜厚度与管束尾部管外成膜效果.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】6页(P10-15)【关键词】水平管降膜蒸发器;椭圆管;圆管;液膜厚度;成膜效果;管外液体流动【作者】宋小曼;杨丽;王伟洁【作者单位】山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东建筑大学山东省建筑节能技术重点实验室,山东济南250101;山东建筑大学可再生能源建筑利用技术教育部重点实验室,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TU831.71 概述水平管降膜蒸发器(管内为热流体，管外为冷流体)因其传热系数高，制冷剂充注量少，换热温差小等优点在制冷、石油化工及海水淡化等领域得到应用。

基于VOF模型的水平管蒸发器液膜流动数值研究丁鑫;陈晔;贾可俊【摘要】在水平管降膜蒸发器液体分布器的设计中,布液管结构参数影响着液体的成膜质量,为了简化设计计算,提出了利用有限元数值计算软件研究开孔间距与其他结构参数的关系.开孔间距的大小与液膜在蒸发管外壁面形成的宽度有关.而影响蒸发管外壁面液膜宽度的主要因素有2个:布液孔孔径和布液孔穿孔流速.因此,课题组采用VOF模型,模拟蒸发管外壁面液膜流动形态,探讨不同孔径和穿孔流速下的液膜宽度值,利用中心复合实验得出液膜宽度Lm(开孔间距l)关于穿孔流速v和孔径d的关系式.结果表明:通过得到的关系式可以建立3者之间的内在关系,计算出不同孔径和穿孔流速下的开孔间距值.该关系式能够简化液体分布器布液管各结构参数的设计和计算,具有一定的参考和应用价值.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2018(036)005【总页数】6页(P40-44,52)【关键词】水平管蒸发器;液体分布器;液膜宽度;VOF模型【作者】丁鑫;陈晔;贾可俊【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 211816【正文语种】中文【中图分类】TQ051.62水平管降膜蒸发器因其具有蒸发效率高，传热温差小，以及对介质发泡、结焦不敏感等优点，被广泛应用于热敏性，易发泡，含盐量较高物料的蒸发浓缩[1]。

作为蒸发器最重要的组成部分，液体分布器的作用是将物料通过布液管均匀喷洒到水平蒸发管外壁面上，其管外壁液膜的质量成为评价该液体分布器性能优劣的重要依据[2]。

在进行液体分布器布液管的结构设计时，不能脱离蒸发管外壁面成膜状态而臆测，两者相互影响，相互制约。

根据液膜的膜厚和铺展距离可以确定布液管的结构参数，而合适的布液管结构参数有利于获得更加均匀，成膜性更好的液膜[3]。

影响蒸发管外壁液膜质量的布液管结构参数主要有4个：布液管管径D、开孔间距l、布液孔孔径d和布液管穿孔流速v。

第6卷第4期2007年12月热科学与技术Journa l of Therma l Sc ience and TechnologyV o l .6N o.4D ec .2007文章编号:167128097(20070420319207收稿日期:2007209204;修回日期:2007211208.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50323001;新世纪人才基金资助项目(N CET 20420925;中国博士后科学基金项目(20060400997.作者简介:何茂刚(19702,男,博士,教授,博士生导师,主要从事流体热物理性质的理论及实验研究及制冷循环及热力循环的优化设计.水平管降膜蒸发器管外液体流动研究及膜厚的模拟计算何茂刚1,王小飞1,张颖1,费继友2(1.西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安710049;2.大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028摘要:针对应用于空调和制冷系统的水平管降膜式蒸发器,建立了FLU EN T 数值模拟计算的物理模型。

以制冷剂R 134a 为研究对象,对不同流量、不同布液器开孔孔径、不同管束结构下管外制冷剂液体的流动情况进行了模拟计算;并实现了绕管周方向不同角度液膜厚度的读取。

关键词:水平管降膜式蒸发器;数值模拟;流态;液膜中图分类号:TB 657.5;O 359文献标识码:A0前言早在1848年,水平管降膜式蒸发器技术就已经诞生,但是直到20世纪90年代,随着氟氯烃即CFC 的逐步淘汰,才开始在制冷系统上被采用。

降膜式蒸发器是利用制冷剂管外蒸发达到与管内工质换热的目的,即冷媒介质在蒸发管内流动,与蒸发管外流过的制冷剂液体进行换热,使其蒸发,实现热量的传递。

水平管降膜式蒸发器已被广泛应用于食品、化工、海水淡化等行业且在这些领域其应用技术已比较成熟,但是在制冷行业的应用还处于探索阶段。

水平管降膜式蒸发器与传统的满溢式蒸发器相比,其独特的优势使其具有广阔的发展前景,主要表现在几个方面:1拥有更高的换热系数[1],相比之下,可以减小蒸发器的体积,节约空间,降低成本。

上海理工大学学报　第32卷　第1期J.University of Shanghai for Science and TechnologyVol.32　No.1　2010　 文章编号:1007-6735(2010)01-0027-04　收稿日期:2009-03-17　作者简介:齐鲁山(1986-),男,硕士研究生.　E 2mail :qilinqilin1986@水平管外降膜蒸发传热性能实验研究齐鲁山1,　马虎根1,　李长生1,　罗　忠2(1.上海理工大学能源与动力工程学院,上海　200093;2.高克联管件(上海)有限公司,上海　200131)摘要:建立了降膜蒸发实验台,研究了在低压状态下水平管喷淋降膜蒸发的传热性能.实验蒸发管分别使用光管和某种型号强化管.实验测试了管子结构、喷淋流量以及在喷淋液中加入添加剂对换热的影响.结果表明,喷淋流量增大,管外换热系数和总传热系数都会有一定的增加,当增大到一定程度会出现换热效果变差的情况.强化管的总传热系数比普通光管高62%.本次实验使用的质量分数为4.15%的添加剂对于换热无强化效果.关键词:降膜蒸发;喷淋;水平管;低压中图分类号:T K 124 文献标志码:AExp e ri me nt al resea rc h on hea t t r a nsf e r p e rf or ma nce off alli ng f il m evap or a ti on on horizont al t ubesQI Lu 2shan 1,　MA Hu 2gen 1,　LI Chang 2sheng 1,　LUO Zhong2(1.School of Energy a n d Power Engi neeri ng ,U niversit y of S ha nghai f or Scie nce a n d Tech nology ,S ha nghai 200093,Chi na ;2.Wolveri ne Tube Comp a ny i n S ha nghai ,S ha nghai 200131,Chi n a )A bs t r act :A falling film evaporator test 2rig was designed and establis hed to st udy t he heat t ransfer performance of sp ray falling film evaporation on horizontal t ubes at low p ress ure.Smoot h t ubes and some kinds of enhanced t ubes we re taken as test objects.The impacts of t ube st ruct ure ,sp ray flow ,and additives in sp ray solution on t he heat t ransfe r performance were st udied experimentally.By analyzing t he experimental res ults it is s hown t hat wit h t he increase of flow rate of sp ray liquid ,t he evaporative heat t ransfer coefficient and t he overall heat t ransfer coefficient have a certain degree of increase.However ,when t he flow increases to a certain extent ,t here may appear an instance at t hat t he effects of heat t ransfer become worse.The heat t ransfe r coefficient of enhanced tubes is higher by 62%t han t hat of s moot h t ubes.In t his experiment ,4.15%mass f raction of t he additive has no enhancing effect on falling film evaporation heat t ransfer.Key w or ds :f alli ng f il m evap or a t ion ;sp r a y ;horizon t al t ube ;low p ress u re 水平管降膜蒸发器是一种高效节能换热设备,各国学者使用不同的制冷剂工质进行实验,研究表明,与其他类型的蒸发器相比它具有明显优势[1,2].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[3,4].水平管降膜蒸发是水在重力、离心力及界面剪力的作用下,由一 上海理工大学学报2010年第32卷　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[5].该过程属于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[6].多年来,众多学者对水平管降膜蒸发的传热进行了许多实验.杜亮坡等[7]在水平管为盲管(循环管路中存在死水的地方应判断是否是盲管,判断标准为死水的总长度大于6倍管径)的条件下,管外壁蒸发传热膜系数随着喷淋密度的增加而增大;管外壁蒸发传热膜系数随热通量的增加而增加.郑东光等[8]通过实验得出结论:随着喷淋密度的增加,管束总传热系数k 先增大再减小;随着热通量的增大,管束总传热系数k 增大;随着蒸发温度的增大,管束总传热系数k 也增大.虽然降膜蒸发技术以其高效的换热效果得到了国内外学者的深入关注,但研究方向均在一个大气压下的工况,对于压力比较低的工况没有涉及.众所周知,随着绝对压力的降低,水的蒸发温度也随之降低.当降到容器内压力在2000Pa 以下时,水的饱和温度只有十几度.这样,就可以很容易实现在喷淋表面的蒸发,可以有效地利用中低温热源,提高换热效率.为在较低压力下进行降膜蒸发实验,以探讨各种参数如压力、温度、喷淋密度、管子强化情况以及喷淋液中是否加入添加剂等对换热情况的影响特搭建此喷淋式实验台.1　喷淋式降膜蒸发实验介绍1.1　低压喷淋式降膜蒸发实验系统简介实验系统如图1所示.1.蒸发密封桶;2.加热器;3.喷淋水冷却器;4.过冷器;5.冷凝器水箱;6.蒸发器水箱;7.冷水机组;8.泵;9.屏蔽泵图1　实验系统示意图Fig.1　Sche ma tic dia gr a m of expe ri ment al s ys tem本实验系统包括喷淋水循环系统、蒸发水循环系统、冷凝水循环系统以及冷水机组4个独立工作的系统组成.喷淋水由在蒸发密封桶1上部的布液器喷在蒸发管上蒸发后,被冷凝管冷凝成液体水,由筒体下部的管道进入喷淋水冷却器3,再经一个电加热器2到筒体内完成一个喷淋水循环.蒸发水由蒸发器水箱6出来后,经蒸发器水泵8和过冷器4进入位于筒体内的蒸发器管道内,经喷淋水喷淋蒸发,冷凝后回到蒸发器水箱6,完成一个蒸发水循环.冷凝水由冷凝器水箱5出来后,先经冷凝器水泵8,进入冷凝器管道后回到冷凝器水箱5,完成冷凝水循环.冷凝水还有两个作用:一是经喷淋水冷却器3跟喷淋水换热;二是经过冷器4与蒸发器水箱6内的蒸发水换热.这样就可以在实验开始之前先将喷淋水与蒸发水的温度降到要求的工况点.冷水机组7是用来冷却冷凝水和蒸发水,也可以独立使用.1.2　实验所用试件简介本实验所用光管,管外径16mm ,3列18根叉排.强化管规格如下:外翅高0.65mm ;翅距0.64mm ;内翅高0.25mm ;螺纹头数45;螺旋角32°;强化管内径14mm ,外径16mm ,3列,每排6根,叉排.1.3　换热系数的确定对于光管,管内换热系数h i 由下式计算h i =λd i×0.023×u d iν0.8×Pr 0.3(1)式中,λ为管内水的导热系数,d i 为横管内径,u 为蒸发管内水流速,ν为管内水黏度系数,Pr 为普朗特数,其中u =G 蒸/A i(2) 对于内螺纹强化管,管内换热系数h i 由下式计算h i =α×λd i×0.023×u d iν0.8×Pr 0.3(3)系数α的大小通过实验确定,在本实验系统中,α=2.5.总传热系数k 由下式计算k =Q/(A o ・Δt m )(4)式中,Q 为换热量,A o 为管外总传热面积,Δt m 为平均对数温差.Q =c ・G ・Δt (5) 根据Wilson 方法,管外换热系数h o 由下式计算1/(k ・A o )=1/(h i ・A i )+1/(h o ・A o )(6)82　第1期齐鲁山,等:水平管外降膜蒸发传热性能实验研究　 因为横管管子材料为紫铜管,导热热阻很小,对整个计算的影响很小,在这里忽略不计.式中,A i 为管内表面积.2　喷淋式降膜蒸发实验研究结果及分析2.1　喷淋流量对换热的影响实验管材为光管,总传热系数k 和管外换热系数h o 随喷淋流量的变化关系图见2.由图2可见,当流量增大时,总传热系数k 和管外对流换热系数h o 也随之增大.这是因为当流量增大,一方面使管外液膜的平均厚度增加,不利于导热;另一方面又使管外液体流动速度加快,管外液膜波动加剧,增加了液膜的湍流度,有利于管外对流换热.实验管材为强化管,实验结果见图3.图2　光管总传热系数k 和管外换热系数h 0与流量G 关系图Fig.2　The rela tions hip bet ween k ,h o a nd sp r a yf low r a te G f or s m oot h tube图3　强化管总传热系数k 和管外换热系数h 0与流量G 关系图Fig.3　The rela tions hip bet ween k ,h o a nd sp r a yf low r a te G f or en ha nced t ube由图3可见,管外对流换热系数h o 和总传热系数k 总体上随着喷淋流量的增加而增加,因为流量的增加,虽然管外液膜厚度增加了,但同样增加了液膜波动,增加了蒸发管外的湍流度.波动对换热的影响更大,从而增强了换热.但是也有可能当流量大于某个值时,管外对流换热系数和总传热系数会随流量的增大而有减小趋势.这是因为此时管外液膜的厚度对换热的影响比液膜波动大,液膜厚度的增加阻碍了换热,此时管外对流换热系数和总传热系数有减小趋势.由图2和图3可见,管外液膜的波动对换热的影响更大,从而总传热系数和管外对流换热系数也增加.2.2　管型对换热的影响光管和强化管对于换热的影响如图4和图5所示.图4　不同管型总传热系数k 与喷淋流量G 关系图Fig.4　Rela tions hip bet ween k a nd sp r a y f lowr a te G f or diff e rent tubes图5　不同管型管外换热系数h 0与喷淋流量G 关系图Fig.5　Rela tions hip bet wee n h o a nd sp r a yf low r a te G f or diff e re nt t ubes由图4和图5看出,强化管的换热效果比光管好.在两个工况的相同流量范围内,即喷淋流量为0.0285～0.1211kg ・s -1,对于管外换热系数,强化管比光管平均大79%;对于总传热系数,强化管比光管平均大62%.这是因为一方面强化管管外螺纹极大的增强了管外液膜的波动,增加了管外换热,另一方面管内螺纹增强了管内流体扰动,增强了管内换热效果.另外在热流密度较大时,在强化管降膜92 上海理工大学学报2010年第32卷　表面更容易出现局部沸腾.在这几方面的作用下,强化管的换热效果比光管好.2.3　添加剂对换热的影响为了探讨添加剂对换热的影响,使用异辛醇作为添加剂.异辛醇一般用于化工生产,它也可以用来增加液体表面活性度.为考察添加剂对换热的影响,在喷淋液中添加了质量分数为4.15%的异辛醇,对光管喷淋蒸发效果的比较见图6和图7.图6　添加剂对总传热系数k 的影响Fig.6　I nf l u nce of a dditives onk图7　添加剂对管外换热系数h 0的影响Fi g.7　I nf l u nce of a dditives on h o由图6和图7可以看出,在这种条件下,当喷淋液中添加质量分数为4.15%的添加剂(异辛醇)时,与没有添加相比,换热情况要稍差一点.根据文献[9,10],添加剂在一定程度上对于某种工质可以提高液体表面活性度,从而提高整体换热性能.但是否能真正强化换热,还取决于异辛醇物性的沸点和混合物的质量分数.在本次实验条件下可以认为,添加剂不具有增强换热的效果.3　结　论a.随着流量的增大,管外换热系数和总传热系数都会有一定的增加.但是,当流量增大到一定程度时,有可能会出现换热效果变差的情况.这是因为管外换热主要由两个因素决定:一为管外流体的波动,二为管外流体液膜厚度.当流量变大时,管外流体波动增强,强化换热;但同时,管外流体液膜厚度也增加,又阻碍了换热.因此,随流量的增加,当管外流体波动占主导位置时,换热增强;当管外流体液厚度占主导位置时,阻碍换热.b.强化管的换热效果比普通光管好.这是因为强化管一方面增加了管内蒸发流体紊流,增大了管内换热系数;另一方面增加了管外降膜液体的波动,减小了管外降膜液厚对换热的阻碍.实验中所用强化管总传热系数比光管传热系数平均大62%.c.在喷淋液中添加了质量分数为4.15%的添加剂(异辛醇),但对换热无明显改善,蒸发换热系数反而有一定的下降.这也许与添加剂的质量分数有关.可能存在某一个合适的质量分数,异辛醇会对换热有较好的影响,其效果有待进一步研究.参考文献:[1]　ZENG X ,CHY U M C ,AY UB Z H.An experimentalstudy of sp ray evaporation of ammonia in a square 2pitch low 2fin tube bundle [J ].International J ournal of Heat Exchangers ,2001,2(1):129-150.[2]　L IU Zhenhua ,J I E Y i.Enhanced evaporation heatt ransfer of water and R 11falling film with the roll 2worked enhanced tube bundle [J ].Thermal Fluid Sci 2ence ,2001,25:447-455.[3]　Sl ESAREN K O V N.Thermal desalination of seawaterin thin film plants [J ].Desalination ,1983,45(1-3):295-302.[4]　RIBA TS KI G ,JACOBI A M.Falling 2film evaporationon horizontal tubes a critical review [J ].International J ournal of Ref rigeration ,2005,28(5):635-653.[5]　路慧霞,马晓健.水平管降膜蒸发传热性能的实验研究进展[J ].化工机械,2008,35(2):114-118.[6]　范延品.水平管降膜蒸发实验研究[D ].辽宁:大连理工大学,2006.[7]　杜亮坡,孙会朋,张继军,等.水平管外降膜蒸发传热性能的实验研究[J ].化工机械,2006,336(3):29-331.[8]　郑东光,孙会朋,杜亮坡,等.水平管降膜蒸发器蒸发传热性能实验研究[J ].化工装备技术,2008,29(3):35-39.[9]　崔晓钰.溴化锂溶液降膜吸收过程的理论与实验研究[D ].上海:上海理工大学,1999.[10]　崔晓钰,徐之平,蔡祖恢,等.从热工学角度探讨国产吸收式制冷机的发展方向[J ].能源研究与信息,2000,16(4):9-13.03。

水平管降膜蒸发器壳程流场和温度场数值研究侯昊;毕勤成;张晓兰【摘要】In order to study distribution characteristics of flow field and temperature field in the shell side of the horizontal-tube falling-film evaporator, the self-built numerical software for the whole evaporator was developed based on a three-dimensional distributed parameter model. The distributions of thermal parameters were obtained. The variations of flow field, temperature field and other important parameters were also analyzed in detail. The results show that it is possible to achieve uniform liquid distribution at the bottom row of the first-tube-pass bundle by selecting uneven placement of the spray nozzles. The temperature of seawater reaches the saturation temperature in the present geometrical dimensions and working conditions after it has escaped from second-tube-pass bundle. The maximum of overall heat transfer coefficient tends to locate at the inlet positions of the bundle. Furthermore, the maximum salinity of seawater is 56 g/kg, which locates.at the bottom row of the first-tube-pass bundle. The concentration factor of seawater should be no more than 2.5 and the temperature is below 70 ℃ to prevent the scale formation on the heat transfer surfaces.%为了探究水平管降膜蒸发器壳程区域流场与温度场的分布特性,基于三维分布参数模型开发蒸发器整体数值模拟程序,获得蒸发器内热力参数分布,并分析壳程区域流场和温度场以及其他各主要参数的变化.研究结果表明:采用前密后疏的喷头布置方式可以有效改善海水的流场,使1管程下部海水分布更加均匀；在文中结构下海水流经2管程后已经达到饱和状态；1管程和2管程蒸汽进口区总传热系数最大；在1管程进口的下半区,海水盐度最大值已达到56 g/kg；为避免结垢发生,应当控制海水浓缩比不超过2.5,最高温度低于70℃.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(042)012【总页数】6页(P3882-3887)【关键词】水平管降膜蒸发器;流场;温度场;分布参数模型【作者】侯昊;毕勤成;张晓兰【作者单位】西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安,710049;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安,710049;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安,710049【正文语种】中文【中图分类】TK124淡水资源匮乏已成为当今世界威胁人类生存的严重问题。