水平肋片管外凝结液膜分布及换热特性研究

摘要

凝结现象在制冷、空调、化工、核动力及电厂回热循环等领域广泛存在，冷凝过程，凝结液膜是阻碍换热的主要热阻，强化膜状凝结的措施通过在管外增加肋片，使液膜减薄，排出凝结液。同时，有机工质性能相对稳定，可作为制冷剂使用。因此研究肋片管外有机工质凝结换热特性对设计高效冷凝设备提供理论参考。
　　肋片管外液膜热阻的大小取决于液膜的厚度及分布，与肋片结构尺寸(肋密度、肋高、肋厚)、管型、管子排列方式、流体流速及物性参数等有关。因此，需运用理论分析及数值计算方法对水平肋片管外凝结液膜厚度及换热特性进行研究。
　　本文在 Nusselt理论的基础上，采用修正的膜理论建立水平肋片管外有机工质凝结的数学模型，沿管周向划分有限个微元角，计算每个微元角内肋片侧壁上及肋间基管凝结液膜分布及传热系数，以R134a工质及TFE制冷工质进行计算，验证模型的可行性，并得到凝结液膜在肋侧壁及肋间基管的分布，分析肋片结构参数、管型对凝结换热的影响。结果表明：(1)肋片侧壁的凝结液膜厚度沿圆周角增大方向不断增厚，沿肋高方向变薄，局部凝结传热系数沿圆周角增大方向而减小，沿肋高方向增加；肋间基管上圆周角0~?f范围内液膜不断增厚，并在靠近淹没区急剧增厚，局部凝结传热系数减小。(2)给定肋片高度为1.19mm的低肋时，平均传热系数随肋片密度的增大先增大后减小，肋密度为25fpi时最优；低肋片密度时，肋片高度对凝结换热的影响较小。(3)椭圆形肋片管肋间基管液膜热阻远大于侧壁热阻；在上半管，液膜热阻系数随圆周角的增大而减小，在下半管，液膜热阻系数随圆周角的增大而减小；局部凝结传热系数随圆周角的增大而增大。(4)滴型肋片管外，上半管的液膜热阻及局部凝结传热系数与圆管相同，下半部分与椭圆管下半部分相同。(5)异型肋管不同曲率下的平均传热系数与同管径的圆形肋管外的平均凝结传热系数强化比大于1，椭圆型肋管优于滴型肋管。(6)椭圆型肋管外凝结换热性能随曲率的增大而增大。

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物理量名称及符号表

第1章 绪 论

1.1研究的目的及意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3本文研究主要内容

第2章 水平管外凝结换热理论分析及强化

2.1凝结换热简述

2.2水平单管外膜状凝结理论研究及强化

2.3本章小结

第3章 水平肋片管外凝结换热模型理论研究

3.1物理模型

3.2数学模型

3.3求解计算

3.4验证计算

3.5本章小结

第4章 异型肋片管外凝结传热分析

4.1不同管型基管几何尺寸

4.2物理模型

4.3本章小结

第5章 圆形肋管及异型肋管外的传热特性

5.1圆形肋片管外液膜及传热系数分布

5.2圆形肋管外肋片结构参数对换热影响分析

5.3不同管型肋片管外凝结换热特性

5.4不同管型及曲率下凝结换热特性分析

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢