盐水降膜与空气逆流直接接触传热传质数值研究

论文摘要

为了适应目前全球性的水资源紧缺状况,针对火电厂这个耗水大户中的冷却塔进行节水研究。深入探讨冷却塔中气液两相接触过程的传热传质机理,效率和影响因素,进而分析节水机理,对冷却塔进行节能改造。为此,本文以VOF模型为基础建立了两相流动模型,并在模型建立中充分考虑了界面剪切力和表面张力对实际流动的影响,提出了两个重要的动量源项。考虑液膜厚度的变化,分析了液相入口速度,板面形式,气相流速对液膜厚度和流场的影响。得到了不同状况下液膜流型图,可以直观的分析各因素对液膜流动的影响。在流场模型的基础上建立了两相接触传热和传质模型,充分考虑界面处水蒸发造成的质量传递以及由此产生的潜热传递,提出质量源项和能量源项。通过模拟计算分析了不同板面形式,不同空气入口湿度时的显热和潜热传递情况。研究发现粗糙板与光滑板相比由于气液流动接触时间变长且流场扰动增强,传热也明显增强.但是两相间传质稍微减弱。为了验证本文计算的准确性,将模拟结果所得传热系数与Chun和Seban关联式比较,证明了本文计算方法的可行性。结合本文计算结果,拟合得到Nu*准则数,充分考虑了气相中水蒸气质量分数对传质和传热的影响。根据纯水降膜与空气的传热传质计算,选择最佳的板面形式和液相流速模拟了不同浓度的盐水降膜与逆流空气接触的传热传质情况。分析了盐水与纯水传热传质的差异,以及盐水入口浓度对热质传递的影响,结果表明盐水与纯水相比界面水的蒸发量减少,相应的换热量也减少,并且随盐水浓度的增加水的蒸发量减少的更多,这也就说明了盐水冷却塔可以通过调整盐水浓度来减少蒸发损失,进而有效节水。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 概述
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题的提出
• 1.1.3 本论文的研究内容的提出
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 溶液自由降膜简述
• 1.2.2 对溶液降膜的研究现状
• 1.3 本文主要工作与特色
• 1.3.1 本文主要工作内容
• 1.3.2 本文研究特色
• 2 二维降膜流动的数值模拟
• 2.1 降膜流动数值模拟方法概述
• 2.2 VOF方法介绍
• 2.3 纯水降膜流动模拟
• 2.3.1 液膜流动物理模型
• 2.3.2 本文模型的求解
• 2.3.3 动量源项的确定
• 2.3.4 初始条件
• 2.3.5 边界条件
• 2.3.6 网格划分和数值计算方法
• 2.4 计算结果分析
• 2.4.1 液相入口速度对液膜流动的影响
• 2.4.2 不同板面形式对液膜流动的影响
• 2.4.3 气相入口流速对液膜流动的影响
• 2.4.4 粗糙板流动分析
• 2.5 小结
• 3. 降膜与空气接触传热传质模拟
• 3.1 控制方程
• 3.2 源项的定义
• 3.3 初始条件和边界条件
• 3.4 数值计算方法
• 3.5 纯水降膜与空气接触传热传质计算结果分析
• 3.6 本文计算方法验证
• 3.6.1 前人实验结果的提出
• 3.6.2 本文计算结果的处理
• 3.6.3 本文计算结果与实验结果的比较
• 3.7 纯水降膜NU数分析
• 3.8 本章小结
• 4. 盐水降膜与空气接触的传热传质模拟
• 4.1 盐水浓度和蒸发压与物性的关系
• 4.2 计算结果分析
• 4.3 本章小结
• 5. 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 主要符号表
• 参考文献
• 作者研究成果