水平管降膜蒸发器喷淋均匀性分析及小流量降膜数值模拟

摘要

水平管降膜蒸发器是一种正在研究和发展中的高效换热部件,其降膜流动和传热传质性能的规律还不十分清楚,故其应用和推广受到较大的制约。本文的核心研究内容是设计水平管降膜蒸发器的结构,并寻求其喷淋系统均匀布液的规律,据此建立几何模型和单元数值仿真模型,初步探索水平管降膜流动和蒸发传热传质性能。
　　本文在常温常压环境下,做了阵列小孔的多流量淋水实验,并进行了相应条件下的数值仿真,验证了ANSYS FLUENT软件中VOF模型的可行性,证实了用VOF模型对水平管降膜蒸发器单元进行数值仿真是一种可靠的方法。
　　水平管降膜蒸发器设计主要分为传热设计和结构设计两部分。给定某中央空调机组制冷量,通过传热计算,得出降膜换热管束布置方式和壳体内径、进出口直径等主要尺寸。其中与管束布置相关的参数包括:管程数、各管程管排数、各排管数、降膜区换热管数量、浸没区换热管数量和换热管总数。
　　喷淋均匀性对水平管降膜蒸发器的换热效果有直接影响。本文用FLUENT软件对现有蒸发式冷凝器的喷淋流动进行了数值模拟,并用平均相对误差量化比较和研究了影响喷嘴出口流量均匀性的主要因素。这些因素包括:总喷淋量、喷嘴直径、是否加装压力平衡管、单泵或双泵输送方式等。蒸发式冷凝器喷淋的研究结果有助于对水平管降膜蒸发器喷淋性能规律的认识和系统设计。
　　建立了水平管降膜蒸发器的物理模型和单元仿真模型,加载了单元仿真模型的传热边界条件,对小流量条件下的流场和温度场作了三维非稳态模拟。考虑到VOF模型没有计入传质问题,编写了两相流动传质模型的UDF程序,与VOF模型链接起来求解传热传质问题。根据以上模拟结果,对水平管降膜蒸发器进行了流动分析和传热传质性能分析,为新型水平管降膜蒸发器的产品开发提供了参考依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 水平管降膜蒸发器研究难点

1.4 本文研究内容

2 水平管降膜理论分析

2.1 水平管降膜蒸发器工作原理

2.2 水平管降膜蒸发器理论分析

2.3 常压淋水实验-FLUENT模拟验证

2.4 本章小结

3 水平管降膜蒸发器模型设计

3.1 水平管降膜蒸发器传热设计

3.2 水平管降膜蒸发器结构设计

3.3 制冷剂流量确定

3.4进出口直径确定

3.5 本章小结

4 喷淋布液均匀性数值研究

4.1数值模拟设定

4.2单泵供液计算结果及分析

4.3 双泵供液计算工况及喷嘴体积流量分析

4.4 单双泵供液平均相对误差分析

4.5本章小结

5 水平管降膜蒸发器小流量降膜数值分析

5.1 模型建立

5.2 FLUENT求解方案

5.3 多相流传质模型

5.4 计算结点硬件环境

5.5 计算结果初步分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的论文

附录2 水平管降膜蒸发器喷淋数值MATLAB程序

附录3 多相流传质模型UDF程序