管束间液滴的脱落与聚集的分形分析及对凝结换热的影响

论文摘要

蒸汽的冷凝有膜状凝结和珠状凝结两种方式。与膜状凝结相比,珠状凝结是一种高效的换热方式,其凝结换热系数较膜状凝结要高一个数量级以上。本文研究了珠状凝结的换热机理,并且与普通铜管管束进行对比,探讨了液滴脱落与聚集对于珠状凝结的影响。 首先,本文总结了有关珠状凝结传热机理及其应用方法的研究现状,提出了目前研究存在问题。对比不同尺度下,珠状凝结照片,应用分形定义指出了珠状凝结是一种典型的分形结构。在前人研究的基础上,借助分形数学方法,构造出珠状凝结液滴分布的分形模型,并且给出了珠状凝结分形维数计算公式。同时,给出了分形维数以及其影响因子的物理意义,详细分析了分形维数各影响因子对于珠状凝结的影响规律。另外,利用分形理论构造出液滴脱落碰撞的分形模型,给出了其分形维数。 其次,针对水平管束外凝结特点,理论上探讨了液滴脱落直径大小的确定,给出了脱落直径理论计算公式。 最后,针对形成珠状凝结表面的等离子注入表面改性铜管和普通铜管管束进行凝结换热对比试验,通过对于沿径向壁温分析,探讨液滴脱落对于珠状凝结换热的影响。同时,分别对下排管束不同淹没情况进行试验研究,探讨凝结液体淹没管束后凝结换热的变化规律。 本文在前人研究的基础上,首次给出了珠状凝结分形模型的分形维数物理意义,并且对液滴脱落与聚集现象进行试验研究。通过以上研究得出以下结论: 1.指出了珠状凝结是一种典型的分形结构,并且首次给出了珠状凝结的分形维数以及其各因素的物理意义。分形维数的变化呈现出凝结换热能力的高低。膜状凝结是珠状凝结的极限情况,其凝结分形维数为2。同时,借助分形理论,指出液滴的碰撞也是一种典型的分形结构,并且通过随机分形构造机理,构建出液滴碰撞随机分形模型,为以后详细探讨液滴碰撞换热机理提供了数学模型。给出了其分形维数计算公式,当等分数为3时,其分形维数为0.6309。 2.针对水平管束珠状凝结液滴脱落特点,给出了凝结液滴脱落直径的大小分析

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 符号表
• 1 绪论
• 2 珠状凝结的研究与发展
• 2.1 实现珠状凝结的途径
• 2.1.1 有憎水基的有机促进剂促进珠状凝结
• 2.1.2 金属表面上形成高分子聚合物覆盖层实现珠状凝结
• 2.1.3 贵金属镀于金属表面促进珠状凝结
• 2.1.4 采用无机化合物作为促进剂实现珠状凝结
• 2.2 珠状凝结液滴生成机理
• 2.3 液滴的分布
• 2.4 液滴的脱落
• 2.5 珠状凝结的传热模型
• 3 分形在珠状凝结的中应用以及液滴脱落直径的确定
• 3.1 珠状凝结随机分形模型
• 3.1.1 珠状凝结随机分形模型构造
• 3.1.2 随机分形模型的分形维数
• 3.1.3 应用重整化群方法计算临界指数
• 3.2 液滴碰撞溅射随机分形模型
• 3.2.1 Cantor集
• 3.2.2 液滴碰撞溅射随机分形模型的建立
• 3.2.3 液滴碰撞溅射随机分形模型的分形维数
• 3.3 液滴脱落直径的确定
• 3.3.1 液滴受力分析
• 3.3.2 水平管外液滴的脱落半径
• 4 实验装置以及研究方法
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验装置和测量仪表
• 4.3 实验过程和步骤
• 5 试验结果及分析
• 5.1 实验数据的处理
• 5.2 实验数据分析
• 5.2.1 等离子管束壁温分析
• 5.2.2 铜管管束壁温分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录: 实验结果的误差分析
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表