垂直管内降膜吸收与蒸发过程研究

摘要

吸收器和精馏塔提馏段是氨水吸收式GAX循环中最重要的能量耦合单元设备之一，两者的性能对整个系统的制冷系数起关键作用。降膜式吸收、蒸发具有传热效率高、传热温差损失小、无静压头引起的沸点升高及物料停留时间短等特点。因此，研究降膜式吸收、蒸发的规律，可以给GAX循环的吸收和再生单元的设计提供指导，对GAX循环的实现并达到具有较高制冷系数的目标有十分重要的作用。 本文介绍了垂直管内降膜吸收和蒸发的研究背景和发展现状，从降膜吸收、蒸发的基本原理出发，利用实验室现有条件，搭建了一套垂直管内降膜吸收-蒸发的实验室规模间歇操作的实验系统。 进行了垂直管内降膜传热过程实验研究，在可选择的实验参数范围内，通过实验考察了降膜雷诺数和管外热媒进口温度变化对降膜传热效果的影响。所得实验结果与理论分析一致，即随着降膜雷诺数增大总传热系数和降膜侧传热系数增大，且增幅十分明显。 进行了垂直管内降膜传热蒸发实验研究，在光管降膜蒸发实验中，以降膜液入口温度、降膜雷诺数为变化量，考察降膜侧传热系数在这两个变量影响下的变化规律，并回归得到降膜雷诺数在一定范围内的竖直光管降膜传热膜系数准数关联式，平均误差在4.6％以内。 对螺旋线的规格进行了优化选择，分析了在螺距、丝径和降膜雷诺数变化条件下的降膜侧传热系数的变化规律，并回归得到竖直管内插螺旋线降膜传热膜系数准数关联式，平均误差在14.8％以内。建立了氨水溶液降膜吸收的传热模型，考虑了吸收过程中氨水溶液的物性变化和膜厚变化，模拟计算值与实验值总体吻合较好。选取四个水平，考察了管外对流换热系数、吸收管内径和管内喷淋密度对液膜平均温度及液膜浓度的影响。吸收效果对各因素表现出不同的依赖性：管内喷淋密度改变的影响大于管外对流换热系数改变的影响大于吸收管内径变化的影响。

目录

文摘

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论文说明：符号说明

声明

第一章综述

1.1课题的研究意义

1.2文献综述

1.2.1吸收和蒸发过程的研究现状

1.2.2强化传热方法及研究进展

1.2.3管内降膜流动的研究概况

1.2.4降膜吸收传质传热模型研究

1.3本文的研究内容

第二章基础降膜传热的实验研究

2.1实验原理

2.1.1最小容许降液流率

2.1.2总体传热模型

2.1.3管内降膜传热模型

2.1.4管外对流传热模型

2.2实验流程及装置

2.2.1实验流程

2.2.2实验装置

2.3实验步骤及方法

2.3实验的结果与分析

2.3.1加热器功率的实验测定

2.3.2系统总传热系数的影响因素

2.3.3降膜侧传热系数的影响因素

2.4小结

第三章有相变及内插填充物的传热研究

3.1实验原理

3.1.1降膜蒸发的降膜厚度和降膜侧传热系数

3.1.2降膜蒸发管内插入螺旋线强化传热的研究

3.1.3螺旋线圈的绕流现象

3.1.4传热系数经验关联式的理论分析

3.2实验流程及装置

3.2.1实验流程

3.2.2实验设备

3.3实验步骤

3.4实验的结果与分析

3.4.1光管降膜侧传热系数的影响分析

3.4.2光管降膜侧传热系数实验关联式

3.4.3管内插入螺旋线的结果比较

3.4.4管内插入螺旋线的降膜侧传热系数影响分析

3.4.5管内插入螺旋线的降膜侧传热系数实验关联式

3.5小结

第四章垂直管内降膜系吸收的数值模拟

4.1降膜吸收传热传质模型研究

4.2降膜吸收过程的物理模型

4.3降膜吸收过程的数学模型

4.3.1运动方程

4.3.2质量方程

4.3.3能量方程

4.3.4数值积分模型求解过程

4.3.5计算程序

4.4降膜吸收过程液膜的模拟结果与分析

4.4.1降膜吸收实验装置

4.4.2模拟结果与分析

4.5小结

第五章结论

参考文献

致谢