橫管降膜流動特性與液膜分布規(guī)律的數值模擬研究.pdf

1、橫管降膜蒸發(fā)冷卻技術因其在傳熱效率、抗管壁結垢和易于排出不凝氣體等方面具有的顯著優(yōu)勢，加之其能充分利用工業(yè)余熱和低品位熱能，已被廣泛應用于大型工業(yè)生產和國民生活中，是解決能源消耗過大、排放物污染嚴重等問題的一種高效能技術。橫管管外的液體降膜流動和蒸發(fā)冷凝是一個復雜的多相流動與傳熱傳質過程，管外液膜可以看作傳熱傳質發(fā)生的載體，其管間流動型態(tài)、流體間的相互作用和管外液膜的厚度及分布規(guī)律等，都直接影響了整個管束的傳熱傳質情況。本文以海水淡化應

2、用中的橫管降膜蒸發(fā)技術為背景，借助Fluent軟件，采用VOF方法對橫管管外的液體流動特性和液膜的鋪展分布情況進行了數值模擬研究，以豐富對橫管降膜流動中液體在多種因素耦合作用下的動力學規(guī)律的研究。
　　本文在閱讀了大量相關文獻的基礎上，針對影響管液體成膜的結構參數，對橫管降膜的流動特性和液膜分布進行了較為全面的二維數值模擬，研究了噴淋密度、管間距、入口Re數和管徑大小等不同參數下的液膜厚度變化規(guī)律，并找出其中影響液膜分布的最主要因

3、素，為三維數值模擬提供一定的參考依據。
　　二維模擬在研究膜狀流型時能夠獲得較好的規(guī)律，但不能觀察到柱狀流型下液膜沿軸向鋪展的流動行為。鑒于此，本文重點針對柱狀流型下的橫管降膜流動過程進行了全三維數值模擬，對液體沿橫管軸向的鋪展情況和液膜在管外的分布情況進行了細致分析。此外，在確定穩(wěn)定柱狀流型的過程中，本文是以滴柱狀過渡流態(tài)為臨界，并對這種滴狀和柱狀夾雜出現的管間流型下的液膜流動、鋪展規(guī)律進行了動力學分析。
　　通過對橫管降

4、膜流動的模擬研究發(fā)現，液體在管外鋪展成膜的情況受到各種外力的疊加作用和液體間的相互作用，液膜沿圓周方向的分布呈現規(guī)律性的波動變化。本文的三維數值模擬結果能較好的解釋和分析液體的流動特性和成膜規(guī)律。單噴淋口下液體會在管外鋪展形成“馬鞍形”;當液體分別從相鄰兩噴淋口噴出時，兩側下落液體形成的液膜會沿著軸向交匯融合，并在中間位置形成波峰，液體間的相互作用力使得越靠近波峰位置的液膜厚度越大，兩側液體最終在中間位置附近匯成一個新的液柱并流向下一級