内冷/热型热质塔传热传质性能数值模拟研究

摘要

热质循环热回收技术是一种能适用于复杂环境下工业低品位废热回收技术，热质吸收塔和热质释放塔是热质循环热回收系统的核心设备，其性能好坏在很大程度上决定了整个系统热回收效率。溶液降膜流动形式的传热传质因其具有工作温差小，传热传质效率高，动力消耗小等特点在热质回收领域具有广阔的应用前景。本文将内冷/热型气液叉流竖管外降膜传热传质设备用于热质循环热回收系统，并以夏季溶液再生工况为例，对热质塔的传热传质性能进行了数值模拟研究。主要内容和结论如下：
　　1.建立了单根竖管降膜传热传质数值模型，研究分析了管外液膜流动状态及各入口参数对液膜传热传质的影响，结果表明在横掠气流作用下，管外液膜往气流方向偏移，在迎风面出现破断；液膜在离开入口一段距离后出现波动；在管壁温度较高，液膜厚度较薄的情况下，溶液入口温度已经不再是影响溶液传热传质的主要因素；溶液入口流量，空气流速对液膜传热传质性能有较大影响。
　　2.建立了内冷/热型竖管外降膜热质塔数值模型，并对夏季溶液再生工况进行了数值模拟，研究了塔内空气流场以及各管束外液膜流动状态，分析了溶液流量和空气流速对热质塔传热传质效率的影响。结果表明：热质塔内气流场为复杂的三维流场；受气流场影响，塔内竖管外液膜分布更无规律，沿气流方向，管束液膜覆盖率逐渐增加；塔内各管束溶液蒸发能力不尽相同，且与溶液流量和空气流速有关。
　　3.针对内冷/热型竖管外降膜热质塔的运行环境与运行特点，就溶液活性剂，热质塔运行方式及运行调控方式对提高热质塔运行性能进行了分析；根据热质塔内各管束溶液处理能力，对塔内管束的合理布置，强化换热管的使用进行了分析；提出单排管束独立控制的方法，并就实现这一控制方法提出了热质塔设计方案。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 热质循环热回收系统的工作原理

1.3 热质交换设备的研究现状

1.4 研究内容

第2章多相流模拟理论及物性参数的选择

2.1 湿空气—溶液热质交换原理

2.2多相流模拟方法

2.3 蒸发冷凝模型

2.4 物性参数及操作条件的选择

2.5 本章小结

第3章 单根竖管降膜蒸发数值模拟

3.1 降膜蒸发物理模型

3.2 简化假设条件及控制方程

3.3 边界条件

3.4 网格划分

3.5 物性参数及初始值

3.6 模拟结果及分析

3.7 本章小结

第4章 内冷/热型热质塔整体性能数值模拟

4.1 内冷/热型竖管外降膜热质塔的结构

4.2 数值模型

4.3 网格划分

4.4物性参数及初始值

4.5 模拟结果及分析

4.6 本章小结

第5章 内冷/热型热质塔性能优化措施

5.1 溶液活性剂强化作用

5.2 运行参数的控制

5.3 结构设计的优化

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士研究生期间发表的论文

致谢