用于烟道气热回收的热管换热器中对流冷凝传热实验研究

摘要

冷凝式锅炉通过降低排烟温度，使烟道气中的水蒸气凝结并释放出潜热，从而使得锅炉热效率大大提高。本文采用将水蒸气和空气在填料塔内相混合而产生加湿热空气的方法来模拟烟道气，研究了热管换热器内加湿热空气的对流冷凝传热的特性，和由十八烷基硫醇制备的分子自组装膜对该传热过程的强化效果。实验结果表明，水蒸气体积分数、加湿热空气Re数和入口温度以及传热表面冷凝形态是影响冷凝液量、换热器总传热量和对流冷凝传热系数的主要因素。 本文实验装置首先通过计算、设计、加工以及组装调试。实验在常压、绝热保温条件下进行。其中加湿热空气胎数为1010～2525，入口温度为70～120℃，其中水蒸气体积分数为0～20％。实验表明，水蒸气的冷凝液量和加湿热空气的对流冷凝传热蚕数随水蒸气体积分数及加湿热空气的Re数的增加而增加，随入口温度的增加而减小。总传热量随着水蒸气体积分数、加湿热空气的胎数和入口温度的增加而增加。在实验范围内，加湿热空气侧Nu数最高可达158。 由十八烷基硫醇制备的疏水表面能够促进滴状冷凝。通过机理分析和实验表明，滴状冷凝对传热有极好的强化作用。当水蒸气体积分数越高，加湿热空气和入口温度胎数越低时，滴状冷凝强化传热的效果越明显。在实验范围内，对流冷凝传热系数的最高强化比为1.58。 通过对加湿热空气对流冷凝传热过程的理论分析以及实验研究结果，提出了一个新的无量纲数，并建立了气体横掠管束发生膜状和滴状冷凝的对流传热准则关系式。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1文献综述

1.1高水分烟气对流冷凝换热

1.1.1燃料特性

1.1.2高水分烟气对流冷凝传热机理

1.1.3高水分烟气冷凝传热研究现状

1.2热管及热管换热器

1.2.1重力热管的结构和工作原理

1.2.2重力热管的特性

1.2.3热管换热器的类型与结构

1.2.4热管换热器的优点

1.2.5热管换热器在余热回收中的应用

1.2.6热管换热器研究现状

1.3分子自组装膜

1.3.1分子自组装膜的成膜机理

1.3.2分子自组装膜(SAM)技术在实现滴状冷凝中的应用

1.4本文的主要工作

2实验系统设计及实验过程

2.1实验系统

2.2实验方法及步骤

2.2.1实验方法

2.2.2实验步骤

2.3实验工况选择

2.4分子自组装膜的制备及表征

2.4.1实验仪器及设备

2.4.2实验药品名称

2.4.3自组装膜的制备

2.4.4自组装膜的表征和效果

3实验数据处理方法

3.1物性的计算

3.1.1干空气物性计算

3.1.2水蒸气的物性计算

3.1.3加湿热空气的物性计算

3.1.4水的物性计算

3.2质量流量的计算

3.2.1干空气、冷却水和冷凝液质量流量的计算

3.2.2水蒸气体积分数和加湿热空气总质量流量的计算

3.3对流冷凝传热系数的计算

3.3.1热管换热器传热量的计算

3.3.2热管换热器总传热系数的计算

3.3.3冷却水侧传热系数的计算

3.3.4加湿热空气对流冷凝传热系数的计算

3.4滴状冷凝强化比的计算

4加湿热空气对流冷凝传热实验结果及讨论

4.1各因素对冷凝效果的影响

4.1.1水蒸气体积分数对冷凝效果的影响

4.1.2Re数对冷凝效果的影响

4.1.3加湿热空气入口温度对冷凝效果的影响

4.2各因素对传热效果的影响

4.2.1水蒸气体积分数对传热效果的影响

4.2.2Re数对传热效果的影响

4.2.3加湿热空气入口温度对传热效果的影响

4.3滴状冷凝对对流冷凝传热的强化效果

4.3.1水蒸气体积分数对强化效果的影响

4.3.2加湿热空气Re数对强化效果的影响

4.3.3加湿热空气入口温度对强化效果的影响

4.4滴状冷凝强化传热的机理分析及过程

4.4.1滴状冷凝强化传热机理

4.4.2热管换热器内滴状冷凝过程

5准则关系式的推导

5.1量纲分析

5.2准则关系式的推导

5.2.1Re与Nu关系

5.2.2 Fr与Nu的关系

5.3准则关系式

结 论

参考文献

附录A符号说明

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢