鹽溶液閃蒸過程兩相流動與傳熱傳質機理研究

《鹽溶液閃蒸過程兩相流動與傳熱傳質機理研究》是依託大連理工大學,由郝亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鹽溶液閃蒸過程兩相流動與傳熱傳質機理研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郝亮

項目摘要

運用閃蒸實現鹽溶液濃縮和組分分離的技術在海水淡化、食品加工及化工等領域中廣泛存在。鹽溶液具有不同於純水的熱物性，且存在沸點升高現象，開展鹽溶液閃蒸過程汽泡成核、兩相流動和傳熱傳質機理的研究，對認識多組分鹽溶液相變傳遞現象和發展相關新技術有重要價值。本項目採用實驗和模擬相結合的研究策略，實驗觀測多種鹽溶液閃蒸時汽泡的成核生長過程以及沸騰階段汽液兩相的流動相變過程，並通過拓展介觀的格子Boltzmann模擬方法，建立適用於鹽溶液閃蒸模擬的多相格子Boltzmann模型，模擬鹽溶液物性和沸點升高對閃蒸汽液相變過程的影響規律，獲得鹽溶液閃蒸過程汽液流動以及組分和溫度分布的詳細信息。本項目深入分析鹽溶液物性對鹽溶液閃蒸汽泡成核條件、汽泡生長規律及汽液相變流動規律的影響，揭示鹽溶液閃蒸在汽泡成核和沸騰階段傳熱傳質現象的物理機理，為有關鹽溶液閃蒸濃縮和組分分離技術的發展提供理論依據和技術支持。

結題摘要

閃蒸是一種常見的沸騰現象，液體閃蒸具有很強的熱量和質量交換能力，因此廣泛套用於物質分離和快速冷卻等領域。運用閃蒸實現鹽溶液濃縮和組分分離的技術在海水淡化、食品加工及化工領域中廣泛存在。鹽溶液具有不同於純水的熱物性，且存在沸點升高現象，開展鹽溶液閃蒸過程汽泡成核、兩相流動和傳熱傳質機理的研究，對認識鹽溶液相變傳遞現象和發展相關新技術有重要意義。本項目採用實驗和理論相結合的研究策略，實驗觀測了鹽溶液閃蒸時汽泡的成核生長過程以及沸騰階段汽液兩相的流動相變過程，研究了鹽溶液物性和沸點升高對氣泡成核和閃蒸汽液相變過程的影響規律。項目獲得了不同溶液過熱度、真空腔初始壓力和不同降壓速率條件下純水和鹽溶液閃蒸過程的溫度、壓力、不平衡溫差、不平衡分數等參數的變化規律，擬合出了考慮鹽溶液濃度的閃蒸不平衡溫差的實驗關聯式，並提出了較為精確的溶液閃蒸過程熱/質傳遞物理模型，模擬結果與實驗結果吻合很好。另外，項目對閃蒸過程氣泡的成核和生長規律開展了細緻的研究，尤其是利用兩參數關聯式（TCPC）提出了耦合鹽溶液濃度的氣泡生長模型，獲得了氣泡生長速率、氣泡形變與氣泡運動速率之間的相互耦合關係，並考慮了閃蒸過程降壓速率的影響因素。所提出的模型可以準確的預測不同鹽度以及工況下氣泡的生長與運動規律。通過將鹽度引入狀態方程，建立了適用於鹽溶液相變的多相格子玻爾茲曼模型，較為準確的預測了鹽溶液的飽和蒸汽壓以及表面張力隨溶液鹽度的變化規律。此外，項目還實驗觀測了過熱度、降壓速率和鹽度對鹽溶液閃蒸過程中閃蒸面演化過程的影響。該項目深入分析了鹽溶液物性對鹽溶液閃蒸汽泡成核條件、汽泡生長規律及汽液相變規律的影響，揭示了鹽溶液閃蒸在汽泡成核和沸騰階段傳熱傳質現象的物理機理，為有關鹽溶液閃蒸濃縮和組分分離技術的發展提供理論和技術支持。