机加工表面多孔管池核沸腾试验研究

摘要

随着我国工农业生产的发展和人民生活水平的提高,人们对能源的需求与日俱增,在合理利用现有能源和新能源的开发中,实现低温差的沸腾传热有着重大的经济意义. 在石油化工装置系统中,能源费用约占装置总操作费用的60﹪,因此开发高效紧凑的换热设器,实现用能优化与传热强化相结合,对于这些装置的经济效益具有决定性意义.一方面,目前沸腾换热设备中不少仍用光管作为换热元件,其沸腾传热效果较差.另一方面,石油化工行业中广泛使用的烷烃类介质,其沸腾换热系数相当低,不仅远低于水,而且还低于换热器另一侧传热介质的换热系数. 因此,强化这类设备的沸腾换热性能就成为提高这类设备性能的关键. 多孔表面作为一种强化沸腾传热元件已广泛应用于制冷领域中的蒸发器中,同时它也为人们将多孔管拓展应用到石油化工领域打下了良好的基础.在这方面,我国已经取得了一些进步,如应用T管来代替光管,使得换热器的效能得到很大提高.但是对于通过改变换热元件表面的形状来强化换热的仍有很大潜力可以发掘.机械加工多孔表面因其加工方法简便、形状规则、成本低廉,便于大规模推广应用. 本文对三种开口度不同的机械加工表面多孔管进行了实验研究,沸腾介质分别为水和浓度99.7﹪以上的无水乙醇,工作压力为1大气压.实验结果表明,这几种管的传热性能比同规格的工业光管及T型翅片管的传热性能有了显著提高. 在实验热负荷内其沸腾传热系数是光管的1.8～2.3倍.通过比较发现三种管中开口度0.3ram的管传热性能最佳.在整理各管型实验结果的基础上,分析了沸腾换热的机理并对影响沸腾强化的各种因素进行了讨论.在改造单管实验台以后,对强化沸腾换热效果最好的一种单管进行了小管束实验,考察管束的沸腾传热特性及其主要的影响因素.最后,根据实验结果以及对沸腾机理的研究,选择合理的关联式形式,整理得出了沸腾传热性能与机械加工多孔管的主要几何参数以及沸腾介质的有关物性之间的函数关系式.回归关联式与测试结果间的偏差在± 30﹪以内.该式为这种多孔管的应用设计提供了有益的指导.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题的意义

1.2强化沸腾传热的研究进展

1.3本论文的研究内容

第二章强化沸腾换热的机理概述

2.1核态沸腾换热强化的基本途径

2.1.1增强汽泡从加热面上形成和脱离能力

2.1.2增强加热面上微层液膜的蒸发能力

2.2强化表面上沸腾传热的机理与分析

2.2.1单汽泡形成模型

2.2.2蒸汽流动阻力模型

2.2.3动态模型

2.2.4逆向汽液两相流模型

2.3管束效应的物理机制

2.3.1 Palen计算模型

2.3.2基于Chen计算模型的叠加模型

2.3.3 Cornwell计算模型

2.3.4带薄层蒸发相的传热模型

2.3.5实验计算模型

2.4影响管束沸腾传热的因素

第三章实验系统和实验方法

3.1试验装置介绍

3.1.1装置系统结构

3.1.2实验元件结构

3.2实验的准备工作

3.2.1热电偶的标定

3.2.2测温孔

3.3实验系统的考核

3.4试验原理和实验方法

3.4.1测试原理

3.4.2注意事项

3.5试验的主要控制参数及调节装置

3.5.1调节装置

3.5.2实验中需要测量的参数

3.5.3测试工况

3.5.4实验数据的处理方法

3.6管束实验

第四章实验结果和分析

4.1 MH单管实验现象的比较

4.2 MH管的试验结果

4.2.1 MH单管在水中的试验结果

4.2.2 MH管在无水乙醇中的沸腾实验结果

4.2.3管束测试结果

4.3实验结果分析

4.3.1 MH单管测试结果分析

4.3.2管束测试结果分析

4.4测试系统的误差分析

4.5试验关联式

4.5.1 MH单管沸腾试验关联式

4.5.2管束试验关联式

第五章结论

附录

参考文献

主要符号表

发表论文和科研情况说明

致 谢