竖管内溴化锂溶液降膜蒸发传热性能数值模拟及实验研究

摘要

本文针对气体类低品位热源驱动的溴化锂-水溶液吸收式制冷而提出采用竖管内降膜的发生器，其特点是溴化锂溶液薄液膜在竖管内由上而下流动，气体热源在外部加热。针对这种传热特点，进行了溴化锂溶液降膜蒸发换热的数值模拟及实验研究。 本文根据竖管内降膜流动的特点，建立了适用于竖管降膜蒸发传热传质耦合的数学模型。将传质方程引入到垂直管降膜蒸发传热模型中，求解时考虑了径向速度、质量扩散系数对传热的影响。运用有限差分的方法离散控制方程、用TDMA法进行迭代，最后运用Matlab编程计算。模拟结果表明，进口流量和热负荷对降膜蒸发传热系数的影响较为显著。在层流情况下，降膜蒸发传热系数随着进口流量的增加而下降；降膜蒸发传热系数随着热负荷的增加而增加。 根据对溴化锂物性和降膜流动的特点，设计制作了管内降膜蒸发换热实验装置。通过实验得到不同流量和热负荷下的降膜蒸发换热系数，实验结果表明，影响降膜流动发生过程的重要因素为进口流量，本文通过量纲分析得出体积流量与Re数的关联式。在层流降膜时(Re<500)，换热系数随Re增大而减少；在向湍流过度时(Re>500附近)，换热系数随Re增加而增加。降膜蒸发换热系数随热流密度增加而增加。通过对实验所测换热系数进行无量纲化处理，通过线性回归，得到膜状层流(Re<500)时无量纲换热系数关系式：h<'+>=8.6229 Re<'-0.5373>。 模拟降膜发生换热系数与实验相比，实验测量不同Re数下换热系数与模拟值能较好吻合，最大偏差在20％左右，最小偏差在10％左右。实验测量换热系数比模拟数据偏大。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

1课题背景

2文献综述

2.1溴化锂吸收式制冷机组发生器概述

2.2降膜蒸发传热的理论和实验研究

2.2.1降膜传热的理论研究

2.2.2降膜传热的实验研究

2.3降膜蒸发器中分布器的种类

2.4降膜发生有待解决的问题

2.5本课题的主要工作

3竖管内溴化锂溶液降膜蒸发数值模拟

3.1数值研究准备工作

3.3.1传热系数的定义

3.3.2溴化锂水溶液物性计算

3.2竖管溴化锂溶液降膜蒸发数学模型

3.2.1控制方程及边界条件

3.2.2降膜速度和厚度

3.2.3气液平衡方程

3.3求解数学模型

3.3.1控制区域和方程的离散化

3.3.2求解步骤及框图

3.4模拟结果

3.4.1温度场和浓度场

3.4.2模拟换热系数

4实验装置设计及数据处理

4.1实验装置设计

4.1.1实验装置

4.1.2实验主要部件

4.2实验参数及测量

4.2.1 溴化锂溶液物性

4.2.2实验参数范围

4.2.3实验数据测定

4.2.4测量中应注意的问题

4.3实验数据处理

4.3.1计算公式

4.3.2误差分析

4.4实验步骤

5实验结果及其分析

5.1热态时的流量测量

5.1.1环隙间距为0.25 mm和0.4 mm的流量

5.1.2流量与Re数关联

5.2不同流量时降膜发生换热系数

5.3不同流量和热流密度时溶液放气范围

5.4不同流量和热流密度时冷剂蒸汽量

5.5管内降膜发生传热系数与沉浸式发生器换热系数对比

5.6实验换热系数与模拟值对比

5.7换热系数关联式

5.8实验数据与相关研究对比

6结论与探讨

6.1结论

6.2探讨

致谢

参考文献

附录