双室双管程蒸发器传热性能及结构优化

摘要

双室双管程蒸发器继承了多效蒸发的优点，较单室单管程蒸发器具有更佳优良的传热性能，特别对于浓缩过程中粘度显著增加的料液体系，可降低料液在循环蒸发过程中的动力消耗。同时，对于双室双管程蒸发器，料液进入分离室后实现均匀分布，一方面可以达到更佳的汽液分离效果，另一方面也可以提高系统蒸发效率，保证双室间维持稳定流动。对此，本课题首先在不同条件下，通过实验分析比较了料液粘度对传热性能的影响；在此基础上，为了进一步优化双室双管程蒸发器的性能，又通过数值模拟的方法分析了现有分离室结构下，双室内的流场、温度场和浓度场；针对现有结构中分离室内流场、温度场、浓度场均匀性的不足，提出了6种结构改进方案，并分别模拟分析了分离室内流场、温度场、浓度场及其均匀性，从而确定了一种较优的结构，又分别采取不同分离室进口料液速度和进料粘度对该结构均匀性进行了考察和验证。
　　在料液粘度为1.01～10.80mPa·s的范围内，对蒸发器传热性能的研究表明，双室双管程的构型可分别实现单室单管程、双室单管程和双室双管程的操作模式，但双室双管程操作模式较单室或单管程操作模式具有更佳的传热性能，同时，在加热管内引入一定量的惰性固体颗粒，形成汽-液-固的流态化形式，可进一步提高双室双管程蒸发器的传热性能；在颗粒直径4～6mm的情况下，双室双管程蒸发器的平均传热系数随着颗粒直径的增加而降低；在颗粒体积分率ξ≤2.06％的情况下，随着颗粒体积分率增加，平均传热系数增大，当颗粒体积分率增加到ξ=3.01%后，平均传热系数则呈下降趋势。
　　对双室双管程蒸发器分离室内流场、温度场、浓度场的模拟分析表明，在原有分离室结构下，料液进入分离室后易形成短路流，从而造成双室内温度、浓度分布的均匀性较差，而通过合理设置分离室内料液进口角度，可以显著改善分离室内温度、浓度分布的均匀性，其中较优的结构为分离室（一）进料口1水平切向30°，分离室（二）进料口2水平切向45°，在料液进口速度为0.2-0.8m/s、甘油-水溶液浓度为20%-60%的条件下，分离室内轴向各区域料液浓度差维持在4%以内，径向各区域料液域浓度差维持在1%以内。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 节能蒸发器

1.3 几种典型蒸发器结构特点及其性能

1.4 CFD技术在蒸发器中的应用及优势

1.5工作计划

第二章 计算流体力学理论以及STAR-CCM+简介

2.1 计算流体力学（CFD）理论概述

2.2 CFD软件STAR CCM+介绍

第三章 不同料液粘度下双室双管程蒸发器的传热性能

3.1 实验装置及流程

3.2 实验工质及操作参数

3.3 平均传热系数的测定与计算

3.4结果与分析

3.5结论

第四章 双室双管程蒸发器分离室内参数的模拟与结构优化

4.1双室双管程蒸发器分离室模型及网格划分

4.2边界条件及初始条件

4.3双室双管程蒸发器双室模拟结果分析

4.4分离室进料口结构优化

4.5不同初始条件下D结构的分析

4.6 小结

第五章 结论

建议

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果