蒸發傳熱

蒸發傳熱是指傳熱介質由液態相蒸發為氣態相過程中發生的一種強化傳熱形式。板式換熱器降膜蒸發傳熱過程主要分為以下幾個步驟：①熱流體的冷卻；②壁面導熱；③熱量由外壁面傳至液膜；④熱量通過液膜蒸發傳至空氣；⑤熱量被氣質流動的空氣帶出換熱器。在這個過程中，豎直板上的降膜起到了很大的作用。

基本介紹

• 中文名：蒸發傳熱
• 外文名：evaporating heat-transfer
• 分類：熱力學
• 領域：能源
• 基本釋義：液相蒸發為氣相的一種強化傳熱
• 學科：物理化學

板式換熱

板式換熱器主要原理是利用強流空氣與液膜之間的蒸發換熱強化傳熱，板式換熱器主要分為平板式換熱器以及波紋板換熱器。相比較傳統的換熱器，板式換熱器有以下優點。首先，板式換熱器能節約能源，蒸髮式換熱器不僅結合了傳統板式換熱器以及空冷式換熱器，在一定程度上減少了水泵的輸入功率，而且它內部的水溫基本接近於濕球的溫度，比傳統的換熱器低了不少。其次它還能節約水資源，傳統的換熱器對水的利用率不高，但是蒸髮式換熱器對水的利用率很高，經計算，蒸髮式換熱器的用水量為傳統換熱器的 5%~15%。此外，蒸發換熱器不僅安裝維護簡單，而且運行成本較傳統的換熱器更低，並不需要安裝冷卻塔。除了以上特點之外，蒸髮式換熱器還有環保、排量小、占地面積小、節約整體成本等優點，所以在工業生產中被廣泛使用。文獻主要採用了計算機數值模擬的方法對板式換熱器降膜蒸發換熱過程進行模擬，對影響板式蒸發換熱器換熱性能的各項因素進行了研究，並且為板式換熱器的結構設計和最佳化運行提供了相關的指導，為全面提升板式蒸發換熱器的理論和技術水平奠定基礎。

蒸髮式冷凝器是一種高效換熱器，具有能耗低、耗水量小、運行費用低、投資少等優點。蒸髮式冷凝器消耗的水量只占水冷式冷凝器的5%～10%，耗電量占40%。此外，其冷凝溫度比風冷式冷凝器低8～11℃，比水冷式冷凝器低4～10℃，可以保持在35～37℃以下。蒸髮式冷凝器與風冷式相比，壓縮機動力消耗可節約30%以上；與水冷式相比，壓縮機動力消耗可節約10%以上。蒸髮式冷凝器循環水量只占水冷式的30%～60%。鑒於板式換熱器具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、套用廣泛、使用壽命長等優點，文獻實驗採用板式換熱器，對噴淋蒸發板式冷凝器的傳熱性能進行理論分析與實驗研究，建立其特性實驗系統和模型，著重研究蒸髮式冷凝器板外水和空氣側的傳熱性能，並得出適合噴淋蒸發板式冷凝器的計算關聯式，以指導該冷凝器的設計計算和熱阻分析。研究表明：濕球溫度、板片間距、噴水量和風量均是影響噴淋蒸發板式冷凝器傳熱性能的主要因素。

水平管降膜

實際製冷系統中的製冷劑含有壓縮機的潤滑油。文獻研究了製冷劑中潤滑油不同含油率時水平管降膜式蒸發傳熱特性。工質為R134a，含油率分別為0.5%、1.2%、5.1%，蒸發溫度為6℃，熱流密度範圍為30～65kW/m2，工質噴淋密度分別為0.13kg/(s·m)，0.17kg/(s·m)、0.21 kg/(s·m)，測試段採用表面強化的銅管．實驗結果表明：含油率從0.5%增大到5.1%，管外傳熱性能逐漸提高，當噴淋密度增加，管外換熱係數也會提高，但隨著含油率的增加，換熱係數的增加幅度不大；一定含量的潤滑油能增大R134a水平管降膜蒸發的換熱係數．

水平管降膜蒸發技術作為一種高效的傳熱手段被廣泛套用于海水淡化、化學工程、石油工業、製冷工業、食品加工等方面。在水平管降膜蒸發中，氣液容易迅速分離，傳熱溫差小，因而比豎管降膜與浸沒管蒸發具有更好的傳熱效果。而且在作為熱法海水淡化主要技術的多效蒸發(multi．effect distillation，MED)設備中，操作溫度一般低於70℃，水平管降膜蒸發展現出良好的綜合特性。文獻以水為工質，對直徑為19 mm的鋁黃銅管外降膜蒸發傳熱過程進行實驗研究。實驗通過測量管表面和飽蒸氣溫度，計算得到平均和局部傳熱係數。由實驗數據分析噴淋密度、蒸發溫度、熱流密度、管間距等參數對管外平均傳熱係數的影響，並與直徑25．4mm鋁黃銅管降膜蒸發傳熱係數進行比較，討論局部傳熱係數隨周向角度的變化。結果表明，在實驗範圍內，管外平均傳熱係數隨溫度的升高而增大，隨噴淋密度的增大先增大，後略微下降。小管徑管的降膜蒸發傳熱係數大於大管徑管的傳熱係數。

立管式蒸發

蒸發冷卻被套用於工業過程和空調系統中以降低不同流體的溫度,其工作過程涉及空氣和水的兩相流、兩相流的傳熱傳質及傳熱和傳質間的耦合。文獻主要研究了立管式蒸髮式冷凝器的傳熱特性,建立了一個一維、穩態的性能計算模型.實驗結果表明,氣-液界面的熱阻是立管式蒸髮式冷凝器熱傳遞過程中的主要熱阻,彈簧插入物有助於提高其傳熱性能.所得的結論為該種設備的設計提供了更多的參考信息.

毛細管內蒸發

毛細結構中的相變現象廣泛存在於自然界和許多領域中，是一個較為複雜的傳熱傳質現象，迄今對其機理還缺乏比較系統的認識。隨著科學技術的迅速發展，近幾年在前蘇聯、美國和德國等技術已開發國家業已開始了這方面相關的研究工作。毛細結構中的蒸發傳熱過程與常規蒸發過程在本質上有差異。毛細管是毛細多孔材料的基本結構形式之一，其有效孔徑可由毫米量級到數十納米量級，並在化工、製冷和空間技術等許多方面具有廣泛的套用背景。毛細管內的汽化和凝結過程是複雜毛細結構中汽液相變過程的基礎。

汽液彎月面上的蒸發傳熱過程因在各種毛細材料中的汽液兩相過程中起著相當重要的作用而受到重視。P.C.W ayner Jr、S.A.Kovalev和S.L.Solovyev以及D .Khrustalev等研究了汽液彎月界面上的蒸發傳熱過程，並指出其擴展微細液膜區在整個彎月面的傳熱過程中起著重要的作用。毛細管內的蒸發是一個毛細管內所形成的空間彎曲界面上的熱質傳遞過程,熱量的傳遞主要通過相變過程中質量的遷移來實現。

文獻在綜合考慮毛細管內擴展微細液膜和彎月界面上傳熱傳質過程的基礎上，對毛細管內的蒸發傳熱機理進行較為深入的分析，提出了其傳熱性能的計算方法，並作了實例計算。毛細管內的蒸發彎月面可分為平衡穩定液膜區、過渡液膜區和彎月面彎曲區。熱質傳遞過程發生在過渡液膜區和彎月面彎曲區。計算結果表明:在過渡液膜區具有很高的換熱係數，毛細管徑的增大將導致毛細管內換熱係數的下降。