閃蒸中蒸汽攜帶效應機理的研究

《閃蒸中蒸汽攜帶效應機理的研究》是依託西安交通大學，由張丹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：閃蒸中蒸汽攜帶效應機理的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張丹
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

本項目採用實驗和理論分析的方法對純水和不同濃度NaCl水溶液閃蒸中蒸汽攜帶效應的機理進行系統地研究。通過可視化觀察不同初始條件下液膜的沸騰形態，觀察泡沫狀沸騰下泡沫混合物的形成與膨脹過程，以及池態沸騰下液滴的形成與分布規律；準確測定泡沫狀混合物膨脹高度、蒸汽瞬態流速、蒸汽瞬態攜帶率等瞬態參數，以及泡沫狀沸騰持續時間、閃蒸蒸發量、被攜帶液相總量、平均蒸汽攜帶率等穩態參數；以實驗數據為基礎，針對不同沸騰形態下液相被攜帶的過程建立具體的數學物理模型；結合理論分析和數值模擬，分析不同閃蒸狀態下蒸汽對液相攜帶的機理，得出蒸汽攜帶率等參數與液膜初始過熱度、鹽濃度以及閃蒸腔尺寸、分離高度的定量關係，建立一套針對閃蒸過程中蒸汽攜帶特性參數的計算方法。本研究將豐富多相流動與傳熱的理論體系，可為涉及閃蒸的相關工業設備和熱力系統的最佳化設計、技術開發提供理論支持。

結題摘要

本項目採用實驗和理論分析的方法對純水和不同濃度NaCl水溶液閃蒸中蒸汽攜帶效應的機理進行系統地研究。閃蒸是非穩態的多相流動和傳熱過程，蒸汽攜帶效應與沸騰傳熱，以及準飽和溶液閃蒸中的晶體析出相互耦合。圍繞閃蒸沸騰傳熱的規律，觀察了不同初始條件下液膜的沸騰形態的演變規律。測量了閃蒸腔、真空腔的壓力、溫度變化，以及閃蒸前後液膜濃度的變化。通過引入不平衡分數和體積傳熱係數來分別描述閃蒸的溫度變化和沸騰傳熱強度。結果指出，過熱度的增大可強化閃蒸沸騰傳熱，而液膜初始厚度或濃度的提高均抑制了閃蒸沸騰傳熱。據此擬合了不平衡分數的半經驗實驗關聯式。圍繞蒸汽攜帶效應，通過比較實際液位降和理論液位降發現蒸汽攜帶是導致液膜厚度降低的主要原因。定義蒸汽攜帶率為被攜帶液相與閃蒸蒸汽的質量之比。結果指出，蒸汽攜帶率隨過熱度的增大有峰值存在；液膜初始厚度、初始濃度的提高都強化了蒸汽攜帶效應。根據實驗結果，以瞬時蒸汽攜帶率為計算目標建立了液滴托舉模型。此外，根據工程需要又以平均蒸汽攜帶率為計算目標建立了簡化液滴托舉模型，實現了對平均蒸汽攜帶率、液膜液位降、液膜平衡濃度的快速計算和分析。圍繞準飽和溶液的晶體析出，觀察了析出晶體的分布。分析了晶體析出對沸騰傳熱和蒸汽攜帶的影響。結果指出，隨著液膜初始濃度的增大，閃蒸的沸騰傳熱被削弱、蒸汽攜帶效應被加強。而當濃度增大到準飽和時，晶體的析出反而強化了沸騰傳熱，即二次沸騰現象。根據實驗結果，得出了準飽和溶液最小結晶過熱度的半經驗關聯式。通過引入析出晶體影響因子，對原有不平衡分數的半經驗關聯式、蒸汽攜帶率的計算式在晶體析狀態下進行了修正。總之，本研究詳細分析了閃蒸中的蒸汽攜帶效應及其與沸騰傳熱和晶體析出的耦合關係，建立了較為完備的計算和分析體系，可為涉及閃蒸的相關工業設備和熱力系統的最佳化設計、技術開發提供理論支持。