降膜光管和圆形翅片管的水平管束上行空气流压降研究

摘要

设计搭建了空气自下而上横掠水平降膜管束的过风压降测量装置，通过实验对叉排及顺排光管管束在淋水降膜时的过风压降特性进行了研究。研究的工况参数包括管外喷淋水的喷淋密度和迎面风速，结构参数包括纵向节径比（节径比：相邻管心距与管径之比）、横向节径比、管径和管排数。
　　实验表明：喷淋密度对过风压降的影响较小，当喷淋密度由0.015增至0.035kg/(m·s)时，叉排管束的压降增大约12.3％，顺排管束的压降增大约8%；当迎面风速≥3.2m/s时，部分叉排管束的水膜被强风吹脱，导致压降剧增，而顺排管束未出现此现象；相较纵向节径比，横向节径比对管束过风压降的影响更大，其中横向节径比每减小0.3，叉排降膜管束的压降增大约34%，顺排降膜管束的压降增大约38%；当纵向节径比、横向节径比和管径固定时，随管排增多，管束过风压降的增幅均逐渐减小，但叉排管束的过风压降在管排数≥4时开始呈线性增长，而顺排管束的过风压降在管排数≥2时就已呈线性增长。根据实验数据，分别拟合了叉排管束和顺排管束的过风压降与喷淋密度、迎面风速、纵向节径比、横向节径比及管径的关系式，拟合值与实验值的误差均≤20%。
　　除了研究光管管束的淋水过风压降之外，也对圆形翅片管束的过风压降进行了实验研究和Fluent数值模拟，考虑的影响因素包括迎面风速、基管管径、横向翅顶距（相邻两翅片管的翅顶间距）和纵向排节距，对圆形翅片管束建立三维模型，得其在不同迎面风速下的过风压降，再与多孔介质流动阻力计算式结合，拟合得各翅片管束的粘性阻力系数和惯性阻力系数，进而分析其过风压降的粘性阻力项和惯性阻力项随各结构参数的变化规律。
　　圆形翅片管束的数值模拟结果表明，三种结构参数对翅片管束过风压降的影响程度依次为：管径＞横向翅顶距＞纵向排节距。将数值模拟所得各翅片管束的粘性阻力系数和惯性阻力系数分别与结构参数关联拟合，得到过风压降的预测模型，预测值与实验值误差≤20%，可作为实验的补充。
　　此外，实验表明，在管径、横向翅顶距和纵向排节距不变时，随管排增多，翅片管束过风压降的增幅逐渐减小，在管排数≥4时开始线性增长。将实验所得翅片管束的过风压降与迎面风速、纵向节径比、横向节径比及管径进行拟合，拟合式计算值与实验值的误差≤20%。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文主要研究内容

2 实验装置及实验流程

2.1 水平降膜管束过风压降测量装置及实验仪器

2.2 圆形翅片管束过风压降测量装置及实验仪器

2.3 小结

3 叉排降膜管束过风压降的实验研究

3.1 叉排降膜管束过风压降的结果分析

3.2 无喷淋叉排光管管束过风压降的结果分析

3.3 管排数对叉排管束过风压降的影响

3.4 小结

4 顺排降膜管束过风压降的实验研究

4.1 顺排降膜管束过风压降的结果分析

4.2 无喷淋顺排光管管束过风压降的结果分析

4.3 顺排管束与叉排管束的过风压降对比

4.4 管排数对顺排降膜管束过风压降的影响

4.5 小结

5 关于圆形翅片管束过风压降的研究

5.1 圆形翅片管束过风压降的数值模拟研究

5.2 圆形翅片管束过风压降的实验研究

5.3 管排数对圆形翅片管束过风压降的影响

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 主要研究结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文

附录2 实验数据详表