螺旋流動和傾斜折流板疏液強化凝結傳熱研究

《螺旋流動和傾斜折流板疏液強化凝結傳熱研究》是依託東南大學，由陳亞平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：螺旋流動和傾斜折流板疏液強化凝結傳熱研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳亞平
• 依託單位：東南大學

中文摘要

改善冷凝液液膜形態和有效疏液流動是提高冷凝器膜狀凝結傳熱效率的關鍵，本項目重點圍繞由立式螺旋折流板冷凝器殼側螺旋流動以及傾斜折流板對管束上液膜的引導疏液與對傳熱表面的更新作用相關的凝結液膜形態變化對傳熱影響這一科學問題開展相關基礎探索，通過數值模擬、可視化試驗與傳熱性能試驗，研究螺旋折流板冷凝器在折流板傾斜角變化，相鄰折流板有無周向重疊，折流板出口有無擋液邊，折流板外圍有無排液缺口，單頭與多頭螺旋等幾何結構因素對凝結過程傳熱的影響，探索各因素對凝結形態演化與局部熱力學特徵的影響；描述在此凝結過程中汽流與液膜形態耦合共存的基本現象、熱力學非平衡性和汽液流動與傳熱規律，尋求相關分析預測方法，較深層地認識相關基礎物理現象與過程，並將上述方案的結果與傳統的弓形折流板換熱器方案進行對比，完善相關技術和基礎理論，為相關技術改進和套用奠定基礎。

結題摘要

立式三分螺旋折流板冷凝器的螺旋折流板將管束分隔成短管段，不斷將管束上的冷凝液刮下；在傾斜的折流板上設定擋液堰和疏水缺口，將凝結液沿殼體內壁排到底部，有效減薄液膜厚度，提高換熱係數。 圍繞立式冷凝器中傾斜折流板對豎直管束上凝結液的疏導和螺旋流動離心力的氣液分離強化凝結傳熱的作用展開研究。計算了含有不凝性氣體的三種不同傾斜角(15°、25°、35°)立式三分螺旋折流板冷凝器和作為比較的立式弓形折流板冷凝器和無折流板冷凝器方案的管外液膜厚度、蒸汽微分凝結量、蒸汽凝結量及凝結換熱係數沿管長的分布情況和純蒸汽凝結條件下Nusselt經典解數據。採用Fluent多相流模型中的混合(Mixture)模型進行模擬分析。獲得了蒸汽在變角度單、雙頭三分螺旋折流板與弓形折流板三種方案的立式冷凝器內的速度矢量和速度雲圖疊加圖、凝結液體積分數分布圖和管子表面局部換熱係數分布圖。表明雙頭方案呈現較均勻的螺旋流動，螺旋折流板方案的凝結換熱係數比弓形折流板方案的高得多。 進行了立式冷凝器試驗台的搭建，對螺旋折流板立式冷凝器的不同折流板結構形式的強化凝結傳熱性能進行了試驗研究。試驗比較分析了6件三分螺旋折流板芯體和1件弓形折流板芯體。結果表明，三分螺旋折流板立式冷凝器的殼側換熱係數是弓形折流板方案的1.48倍~2.65倍，其中最佳的雙頭變角度帶擋液堰方案的殼側換熱係數比弓形折流板方案平均提高131.8%。以殼側換熱係數為評價指標，單頭變角度方案比單頭定角度對應方案平均提高25.47%；雙頭變角度方案比單頭變角度對應方案平均提高15.74%；帶擋液堰方案比不帶擋液堰對應方案平均提高6.37%。 此外還在螺旋折流板折耳、軸向分隔、雷射切割加工技術、管束與絲網交替結構的吸收強化、斜日字布管螺旋折流板電加熱器、卡林納循環與氨水朗肯循環組合系統、雙蒸發壓力卡林納循環、LNG/O2燃氣蒸汽混合工質動力循環等方面展開研究。