多支管分液联箱结构优化研究

摘要

本文采用数值模拟的方法，利用Fluent中的VOF模型，通过研究工质为R134a的多支管分液联箱气液分离流动性能，对多支管分液联箱进行了结构优化研究。多支管分液联箱是分液冷凝器实现高效传热的关键部件，其主要作用是在换热器各管程间实现气液分离和排出冷凝液体，其工作原理是利用气液两相密度差，使得液相在多孔隔板上沉积，通过分布于多孔隔板上的各分液孔将液相排出进入下一管程，同时在隔板上部形成阻汽液膜，使气相由出口支管排出进入到下游换热管中，形成高干度传热，提高分液冷凝器的整体换热性能。分液联箱作为其中的关键部件，既要实现有效排液，又要实现有效阻汽作用，两者都需要通过结构设计自动实现。
　　本文研究选定典型的换热器工况，首先研究了实验联箱结构下多支管分液联箱内部的气液分离流动特征，对两相工质的分布特点、联箱出口支管干度的分布特点、联箱内的压力分布和波动特点以及联箱出口支管和分液孔的流量分布均匀性进行了分析;然后研究了分液孔孔径对分液联箱各性能参数的影响，最后研究采用联箱壁面开槽结构时，槽深对分液联箱各性能参数的影响。
　　模拟结果表明:孔径主要影响联箱的排液流动，壁面开槽主要影响联箱底部液膜的沉积。排液流动随孔径的增大而增强，壁面开槽能够显著增加联箱底部液膜的沉积。在给定工况下，孔径和槽深的变化对联箱内的压力分布基本没有影响。
　　在给定工况下，出口支管的气相流量分配均匀性不会因孔径的变化发生明显改变，而液相流量分配的均匀性则会随着孔径的增大而变好，当孔径为0.4mm时均匀性最好;当流动达到稳定后，各出口支管的气相流量相对平均值的波动幅度随着孔径的增大保持不变，各出口支管液相流量相对平均值的波动幅度则随着孔径的增大略有减小或保持不变;在给定工况下，各分液孔的气相和流量分配均匀性均随分液孔孔径的增大而变差。当流动达到稳定后，各分液孔的气相流量相对平均值的波动幅度随着孔径的增大而减小，液相流量相对平均值的波动幅度随着孔径的增大略有减小，基本保持不变;
　　对于开槽联箱结构，在给定工况下，出口支管的气相流量分配均匀性随槽深的变化基本保持不变，而液相流量分配的均匀性则会随着槽深的增大而变差。当槽深过小，液膜容易被气相从联箱壁面剥离，槽深过大，联箱底部的液膜容易在槽顶区域被气流冲击形成分散液滴。当槽深为0.2mm时，联箱底部沉积液膜的连续性最好，当槽深增大，各出口支管流量相对平均值的波动幅度增大。

目录

摘要

物理量名称及符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 分液联箱介绍

1．3 研究进展综述

1．3．1 多支管分液联箱的应用研究

1．3．2 联箱内的气液流动特性研究

1．3．3 多支管分液联箱的气液分离性能研究

1．3．4 多支管分液联箱的气液分配均匀性研究

1．4 课题的来源和意义

1．5 课题研究的主要内容和方法

1．6 本章小结

第二章 多支管分液联箱数值模型的建立

2．1 几何模型

2．2 VOF模型

2．3 数学模型

2．4 六面体网格的建立

2．4．1 联箱部分网格的划分

2．4．2 多孔隔板部分网格的划分

2．5 模型边界条件

2．6 数据处理

2．6．1 分液效率

2．6．2 出口干度

2．6．3 出口支管流量均匀度

2．6．4 时均标准偏差和标准偏差率

2．7 数据收敛判据

2．8 网格独立性验证与模型验证

第三章 联箱内气液两相的流动特性

3．1 前言

3．2 模型简述

3．3 模拟结果与分析

3．3．1 气液两相流动过程

3．3．2 气液分离效果

3．3．3 各出口支管的干度

3．3．4 出口支管的气液流量分布

3．3．5 分液孔的流量分布

3．3．6 联箱内的压力分布特性

3．4 本章小结

第四章 分液孔孔径对分液联箱性能的影响

4．1 前言

4．2 模型简述

4．3 模拟结果与分析

4．3．1 孔径对气液分离性能的影响

4．3．2 孔径对出口支管干度分布的影响

4．3．3 孔径对出口支管气液两相流量分配均匀性的影响

4．3．4 孔径对出口支管流量分布的影响

4．3．5 孔径对分液孔流量分布特性的影响

4．3．6 孔径对联箱内压力分布的影响

4．4 本章小结

第五章 壁面开槽深度对分液联箱性能的影响

5．1 前言

5．2 模型简述

5．3 模拟结果与分析

5．3．1 槽深对气液分离性能的影响

5．3．2 槽深对出口支管干度分布的影响

5．3．3 槽深对出口支管两相流量分配均匀性的影响

5．3．4 槽深对各出口支管流量的影响

5．3．5 槽深对分液孔流量分布的影响

5．3．6 槽深对联箱内压力分布的影响

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间的成果

声明

致谢