似Hele-Shaw盒中冷剂与高粘热液相间直接接触汽化传热的研究

论文摘要

本文对易挥发性冷剂引入高粘热液体中形成泡滴的直接接触汽化传热及界面形态进行了理论分析及实验研究。 对泡滴在高粘热连续相中的运动和传热过程进行了分析,在此基础上建立了单个泡滴在不互溶连续介质中汽化传热的数学模型,并使用四阶Runge-Kutta方法对模型进行了数值求解。计算结果表明:泡滴的初始速度对传热系数的影响较小;较小的初始泡滴半径和初始传热温差能够获得较大的传热系数。 在似Hele-Shaw盒窄缝设备中,分别进行了正戊烷和丙酮在高粘热蔗糖溶液中形成泡滴的直接接触式汽化传热实验,研究了泡滴的汽化传热过程,获得了糖液的降温和体积传热速率曲线,分析了冷剂通入量和冷剂入口温度等对瞬时主体温度及体积传热速率的影响:体积传热速率随着时间的增加而减小,随着冷剂流量的增加而增大;冷剂入口温度对糖液降温速率的影响随着冷剂流量增加而增大,实验结论与理论模型分析结果相吻合。本文还运用“界面汽化热阱”概念对传热机理进行了分析。 为了考察冷剂在高粘热溶液中的界面形态,实验同时采集了不同实验条件下产生的界面形态图像,并应用分形理论对采集到的图像进行分析,得到了:随着蔗糖浓度增加,界面形态的分维数增大;向上驱替时界面形态的分维数最大,水平次之,向下驱替最小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 直接接触式换热的理论研究背景
• 1.2 单个液滴汽化传热的研究评述
• 1.2.1 单个液滴汽化传热
• 1.2.1.1 理论研究
• 1.2.1.2 实验研究
• 1.2.2 汽液两相泡滴的构形
• 1.2.3 液滴汽泡形状变化的研究
• 1.2.4 单个泡滴在连续相中运动的研究
• 1.2.5 传热表面积的计算
• 1.3 多个分散相液滴在连续相中发生相变时的直接接触传热
• 1.3.1 初始尺寸的影响
• 1.3.2 工质性质的影响
• 1.3.3 测量技术
• 1.4 界面气化热阱效应
• 1.5 分形理论概述
• 1.5.1 分形理论的提出与发展过程
• 1.5.2 分形的定义
• 1.5.3 粘性指进
• 1.5.3.1 粘性指进的研究历史与现状
• 1.5.3.2 Hele-Shaw盒中的粘性指进
• 1.5.4 分维数
• 1.5.4.1 分维数的定义
• 1.5.4.2 分维数的测定方法
• 参考文献
• 2 单泡滴在不互溶连续介质中汽化传热数学模型
• 2.1 单个泡滴进入连续相后的变化过程
• 2.2 单个泡滴汽化时传热的数学模型
• 2.2.1 模型建立的假定条件
• 2.2.2 模型的基本方程
• 2.2.3 模型的推导
• 2.2.4 模型中参数的确定
• 2.2.5 模型的建立
• 2.2.6 边界条件的确定
• 2.3 模拟计算结果及讨论
• 2.4 小结
• 参考文献
• 3 似Hele-Shaw盒中的直接接触汽化传热实验
• 3.1 引言
• 3.2 实验流程与实验方法
• 3.2.1 实验流程
• 3.2.2 实验参数的测定
• 3.2.2.1 糖液主体温度的测定
• 3.2.2.2 冷剂入口温度的测定
• 3.2.2.3 冷剂流量的测定
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 糖液的制备
• 3.2.3.2 传热实验
• 3.2.4 实验数据的处理
• 3.2.4.1 降温曲线
• 3.2.4.2 体积传热速率
• 3.3 汽化传热实验结果与影响因素分析
• 3.3.1 冷剂流量对传热的影响
• 3.3.2 冷剂入口温度对传热的影响
• 3.3.3 糖液浓度及粘度对传热的影响
• 3.3.4 冷剂与热糖液的互溶性对汽化传热的影响
• 3.4 小结
• 参考文献
• 4 Hele-Shaw盒中的直接接触的界面形态的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验装置与实验方法
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 实验数据的处理方法
• 4.4 实验的结果与分析
• 4.4.1 浓度与粘度比对界面形态的影响
• 4.4.2 驱替方式对界面形态的影响
• 4.4.3 时间对界面形态的影响
• 4.4.4 界面张力对界面形态的影响
• 4.5 小结
• 参考文献
• 结论
• 附录A：模型求解框图
• 附录B：分维数的计算程序
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书