分液式冷凝器强化换热实验研究

摘要

冷凝器是热力系统中不可缺少的设备之一,对换热器强化换热研究的意义人所共知。本文以管内冷凝为研究重点,提出一种新的高效凝结方法和结构的换热器,并搭建了实验台,可观察不同工况下的凝结换热过程。在此基础上对“可视段”内蒸汽的流动凝结状态进行了研究。
　　首先在改变蒸汽流量和冷却水参数的情况下,对水平管内蒸汽冷凝换热的状态进行了研究,并依据实验获得的流态图分析了凝结换热的换热机理。研究表明:蒸汽在管内冷凝换热时依次出现很多不同的流型。当实验的工况达到稳定的时候,这些流型会出现周期性的变化,其流型的比例大致可以按照流型所占的管段的长度来确定。
　　其次对凝结换热的传热性能进行了实验研究。目的在于,寻求蒸汽管内换热由珠状凝结渐变为膜状凝结时的管长与热力参数之间的的特征关系,在相变发生的管长位置设法将凝结液提前排出,以维持较高的对流换热系数。研究表明:凝结状态转折点所对应的管长与蒸汽入口速度、流体压降以及蒸汽干度密切相关。冷却水进口温度为25℃,流量为150kg/h,蒸汽入口温度为115℃,蒸汽流速在10.24kg/h~4.44kg/h条件下,结合凝结换热实验分析可以证明在该工况范围内,当蒸汽流速为9.15kg/h时的换热状态最佳,主要是结合所处的环境及换热的稳定性和换热效率来确定的。
　　蒸汽进口流量为5.11kg/h,蒸汽入口温度为105℃,压力为0.18MPA,冷却水进口温度在10℃~30℃条件下,结合凝结换热实验分析可以证明在该工况范围内,冷却水进口温度在20℃时换热效果最好。由于夏天环境的限制,该温度下的换热比较稳定,维持的换热效率也比较高。
　　最后用Matlab拟合出了一套有关管长及换热系数和蒸汽流量、压力及温度的关联式,且实验值与理论计算值的误差值小于10％。在此基础上设计出了高效冷凝器的结构,并进行安装测试。通过高效冷凝器实验分析表明:本课题组设计出的高效冷凝器比换热面积相同的传统冷凝器的换热效率要高一倍左右,换热系数能长时间维持在较高的状态。

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2高效冷凝器的结构介绍

1.3本文的研究内容

第二章 凝结换热过程可视化实验台的搭建

2.1 实验台介绍

2.2 实验测量设备介绍

2.3 系统的气密性检测

2.4 本章总结

第三章 凝结换热过程可视化实验

3.1水平管中的气液两相流

3.2管内蒸汽凝结状态的研究

3.3管内蒸汽凝结状态结果分析

3.4本章小结

第四章 凝结换热性能的实验研究及理论分析

4.1凝结换热性能特性的实验研究

4.2凝结换热性能关联式

4.3实验值与计算值的误差分析

4.4本章小结

第五章 高效冷凝器的设计及性能分析

5.1高效冷凝器结构设计

5.2与传统冷凝器换热性能的比较

5.3本章小结

第六章 结论及研究展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参加科研情况

致谢