制冷蒸发器细薄膜蒸发机理研究

摘要

细薄膜蒸发因其具有较高的传热性能,在船舶制冷行业具有广阔的前景和发展空间。本文基于热力学和传热学理论及杨-拉普拉斯方程,对细薄膜传热传质机理进行深入的研究,建立了描述微通道中的细液膜蒸发传热传质数学模型。模型考虑了温度变化对工作流体热物性的影响。液体被吸附的薄膜厚度、通道高度、随温度变化的热物理性能的影响都包含在这个模型中,模型的壁面过热度达到50K。当液体在受热的固体壁面流动时,形成的弯月面分为三个区域:平衡稳定液膜区、过渡液膜区和固有弯月面区,过渡液膜区的热阻较小,传热性能很高。液体的流动伴随有蒸汽流动,通过气液分界面进行热量和质量传递。数值计算结果表明,与变化的热力学性能模型相比,恒定的热力学性能模型在较高的过热下对液体的压力差和全部的细薄膜传热效率评价过高。工质为水,被吸附的薄膜厚度受分离压力的控制,在过热度为20K时达到最小。在过热高于20K时最大的薄膜曲率和液体压差开始减小。随着过热度的增大,表面接触角也随之增大,分离压力梯度增大,热流密度最大值增大。增大过热度可以加强细薄膜蒸发区域的液体流动和传热。Hamaker常数A会对细薄膜蒸发的相关热物理性能产生影响,增大壁面温度,可以增强细薄膜区域的液体流动和传热。对细薄膜蒸发区域的传热机理的更深入的研究,有助于优化高性能的蒸发器和其他传热设备的设计。本文的数值计算结果可作为参考,设计最佳温度范围内的细薄膜蒸发器。