【摘 要】
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淡水资源短缺是如今人类社会生存和发展面临的重大问题,海水淡化技术能够利用地球上充沛的海水资源来缓解这一问题。低温多效横管降膜蒸发被广泛认为是最具发展前景的海水淡化技术之一,其具有传热效率高、热源要求低、操作弹性大和动力消耗小等优点。通过对海水横管降膜流动和传热过程进行数值模拟,来探究不同因素对横管降膜流动和传热的影响机理,可为低温多效横管降膜蒸发技术发展提供参考。本文采用ANSYS16.1系列中F
【基金项目】
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国家自然基金重点项目(项目号:5196002);
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淡水资源短缺是如今人类社会生存和发展面临的重大问题,海水淡化技术能够利用地球上充沛的海水资源来缓解这一问题。低温多效横管降膜蒸发被广泛认为是最具发展前景的海水淡化技术之一,其具有传热效率高、热源要求低、操作弹性大和动力消耗小等优点。通过对海水横管降膜流动和传热过程进行数值模拟,来探究不同因素对横管降膜流动和传热的影响机理,可为低温多效横管降膜蒸发技术发展提供参考。本文采用ANSYS16.1系列中Fluent软件对含不凝气体的海水横管降膜流动及传热过程进行分析研究,本文研究过程中考虑了海水物理性质及气体溶解度随温度的变化情况。文章中建立了海水中不凝气体析出模型,并结合Fluent中Volume of Fluid模型进行数值模拟,获得了不同条件下横管外液膜的流动及不凝气体的析出情况。对层流范围内喷淋密度、换热管温度、换热管直径以及布液高度等不同条件下海水的横管降膜流动及传热过程进行数值模拟,获得了管外液膜厚度和传热系数的分布情况,进而分析了工质中不凝气体析出与横管降膜流动及传热之间的相互作用。结果表明:不凝气体析出过程可划分为气泡吸附、气泡上浮、气泡破裂和气泡不显著这四个阶段。不凝气体析出会使得容器内液体温度升高更迅速,增大加热壁面局部换热系数;提高加热壁面温度会使得不凝气体系数速率增大,但当容器内液体温度较高后不凝气体的析出速率相差不大;增大盐度会使得不凝气体析出减弱。含不凝气体的横管降膜流动过程可分为滴落、铺展、充分发展和离开这四个阶段。在喷淋密度0.016kg/(m·s)到0.055kg/(m·s)范围内,横管底部气泡尺寸随喷淋密度增大而不断变大,较大尺寸气泡会分离出小气泡维持自身体积在一定范围内,横管底部液体中会稳定存在一个较大气泡,超出此范围后横管底部液体中无法形成稳定的较大气泡。提升换热管外壁温度后,管外液膜厚度减小、不凝气泡析出速率变快、管外液膜波动更加剧烈,横管顶部和底部的局部换热系数增大。在本文研究的换热管直径范围内,增大换热管直径会使得横管外液膜厚度减小、液膜波动程度减弱,但是局部换热系数变化并不随着换热管直径的增加向某种趋势发展。增大横管降膜布液高度后,管外液膜分布更均匀、液膜厚度更小,横管上半周液膜波动更加剧烈,横管顶部及底部的局部换热系数有较大提升。
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