水平管外套丝网壁面液体升膜形成机理及其特性研究

论文摘要

本文从理论上探求热润湿作用下水平金属丝网管壁面上升薄液膜的形成机理,并对液膜形成及其传热特性进行相关试验研究,为高效传热传质元件的工程应用奠定理论和技术基础。本文分析了水平金属丝网管壁面液体升膜形成的驱动力,对热润湿作用下水平金属丝网管壁面液体升膜形成的机理进行首次探索。利用流体力学基本原理,在正交曲线坐标系中建立单组分流体数学模型,对升膜的速度分布以及升膜形成的临界条件进行分析,研究金属丝网管结构、周向温度场对液膜形成的影响。对热润湿作用下水平金属丝网管壁面液体升膜形成及其传热特性进行了试验分析。采用显微镜可视化观察了水平金属丝网管壁面液体升膜形成及其流动状态,用跟踪法测得了升膜的平均速度分布。采用红外热像仪对稳态和非稳态液膜爬升过程的温度场进行测量,分析热毛细对流对液膜爬升的影响。建立水平金属丝网管壁面升膜传热试验台,采用激光扫描定位技术埋设0.5mm铠装热电偶测量水平金属丝网管壁面周向温度分布。得出水平金属丝网管壁面升膜换热系数在周向上的分布,在此基础上开发了燃油的升膜燃烧装置及其辅助设计程序。通过以上研究发现热润湿作用下的水平金属丝网管壁面能够形成覆盖整个管表面的上升薄液膜。升膜形成受到毛细压力、润湿力、周向温差、汽泡等多种因素的综合作用,液膜爬升速度还受金属管和丝网的结构以及二者关系的影响。水平金属丝网管能够强化传热,其传热效果与热流密度和金属丝网的目数有关。本课题的研究对改进工业中的液体燃烧装置具有引导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 相关研究结果的分析
• 1.2.1 强化传热理论及主要强化传热途径
• 1.2.2 表面多孔管传热的研究和应用进展
• 1.2.3 升膜研究现状及其影响因素
• 1.3 本文的主要工作
• 2 热润湿作用下水平金属丝网管壁面液体升膜形成特性的理论研究
• 2.1 物理过程分析
• 2.1.1 润湿作用与毛细现象
• 2.1.2 热润湿作用下水平金属丝网管壁面升膜现象
• 2.1.3 热润湿作用下水平金属丝网管壁面升膜形成机理分析
• 2.2 基本假设
• 2.3 柱坐标系的建立以及各种矢量在柱坐标系中的表示形式
• 2.4 热润湿作用下水平金属丝网管壁面液体升膜物理模型分析
• 2.5 平面柱坐标系下液膜控制方程无量纲简化及分析
• 2.6 热润湿作用下水平金属丝网管壁面液体升膜速度的求解
• 2.7 热润湿作用下水平金属丝网管壁面润湿全管壁升膜的形成条件
• 2.7.1 影响热润湿作用下水平金属丝网管壁面升膜形成因素的无因次分析
• 2.7.2 热润湿作用下水平金属丝网管壁面润湿全管壁升膜的形成条件
• 2.8 小结
• 3 温度场对热润湿作用下水平金属丝网管壁面液体升膜的影响
• 3.1 存在温度场时热润湿作用下水平金属丝网管壁面液体升膜流动特性
• 3.2 热润湿作用下壁面液膜厚度分布对液膜流动特性的影响
• 3.3 小结
• 4 热润湿作用下水平金属丝网管壁面液膜的传热特性分析
• 4.1 能量方程的求解
• 4.1.1 能量方程的离散
• 4.1.2 能量方程的数值求解
• 4.2 水平金属丝网管壁面液膜强化传热系数
• 4.3 小结
• 5 热润湿作用下水平金属丝网管壁面液体升膜形成及其传热特性的试验研究
• 5.1 热润湿作用下水平金属丝网管壁面液体升膜形成及其传热特性试验
• 5.1.1 试验装置
• 5.1.2 液膜爬升速度试验分析
• 5.1.3 水平金属丝网管传热特性分析试验
• 5.2 热润湿作用下水平金属丝网管壁面液膜温度分布
• 5.3 小结
• 6 热润湿作用下水平金属丝网管壁面升膜蒸发和换热的工程应用
• 6.1 升膜技术应用于微型燃烧器油膜燃烧的设计
• 6.1.1 微型燃烧室燃油升膜燃烧混合气形成
• 6.1.2 加热管设计
• 6.1.3 启动过程的计算及启动曲线的显示
• 6.1.4 换热器部分的计算
• 6.2 升膜汽化燃烧装置设计辅助程序
• 6.3 应用于微型燃烧器油膜燃烧的试验分析
• 6.4 小结
• 7 结论和展望
• 参考文献
• 主要符号表
• 个人简历
• 发表的学术论文
• 致谢