板式换热器内Marangoni效应的实验研究与模型预测

摘要

板式换热器具有换热效率高、结构紧凑等诸多优越的性能，已广被广泛应用于许多重要的工业领域。以板式换热器内 Marangoni凝结特性为主要研究目标，分析了在Marangoni作用下板式换热器的平均换热特性及局部换热特性。研究过程中，在实验研究的基础上，采用多元线性回归理论对数据进行建模和预测，进一步完善了板式换热器的研究内容。
　　自行搭建了性能可靠的高气密性实验台。将水-酒精混合蒸气作为凝结工质，在单通道蒸气流量为6kg/h，冷却水流量为0.025~0.028 m3/h，三种蒸气压力（30kPa、47kPa和83kPa）的实验工况下，对不同浓度（0％、1%、2%、5%、10%、20%）的水-酒精混合蒸气在板式换热器内的凝结换热特性进行了实验研究。实验结果表明：凝结换热时，相同工况相同时刻同一板片上的换热系数是不均匀的，从蒸气进口向蒸气出口方向逐渐减小，板片中上部的局部换热系数与板式换热器平均换热系数较为接近；压力、板片数目上升或增多会在一定程度上增强板式换热器的换热系数，只影响数值不改变趋势；浓度为1%、2%时，传热系数高于其它浓度混合蒸气的换热系数，且浓度为1%时传热系数最高，浓度由2%继续增加，传热系数不断减小，但蒸气浓度对换热系数的影响程度从蒸气进口向蒸气出口方向逐渐减小，进口附近可使传热系数增强2倍左右，而在出口附近，不同浓度蒸气的换热特性曲线基本重合；蒸气压力对各浓度混合蒸气传热系数有一定的影响，随着压力的上升传热系数略有升高，在0.5 kW·m?2·K?1以内；板片数增加，换热系数略有下降，在0.5 kW·m?2·K?1以内；根据拍摄的图片数据，初步观察了板式换热器内珠状凝结的凝结形态。
　　在基础蒸气凝结换热模型和考虑了板式换热器结构的参数板式换热内蒸气凝结换热模型的基础上，提出了考虑到 Ma(Marangoni数)和 Sh(Sherwood数)的改进模型，该模型的预测值与实验值之间的相对误差，最大值为7.99%,平均值为1.43%，具有较高的准确性。

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第一章 绪论

1.1 课题来源与研究意义

1.2 板式换热器发展概述

1.3板式换热器的研究现状

1.4 板式换热器内Marangoni凝结

第二章 理论基础

2.1 板式换热器的基础与理论

2.2 Marangoni凝结的基础与理论

2.3 本章小节

第三章 Marangoin板换凝结换热实验系统

3.1实验对象的选择

3.2 Marangoin板换凝结换热实验系统

3.3 数据采集系统

3.4 实验流程

3.5 实验重复性及不确定度分析

3.6 本章小节

第四章 数据处理与结果分析

4.1板片测温分析

4.2 水-酒精混合物的物性参数

4.3 板换内Marangoni凝结的局部换热特性

4.4 板换内Marangoni凝结的平均换热特性

4.5.板式换热器内的压降特性

4.6板式换热器内Marangoni凝结的凝结形态

4.7 本章小节

第五章 凝结模型的建立与模型预测

5.1 相似原理及量纲分析

5.2 板式换内Marangoni凝结模型的建立与预测

5.3 基于多元线性回归方法的模型预测

5.4 本章小节

第六章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

致谢

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