凹凸变化壁面降落液膜的流动与传热

论文摘要

本文把凹凸变化壁面应用于降膜外流蒸发器作为传热元件,分析并研究蒸发浓缩过程中芹菜汁在凹凸变化壁面上的传热性能和流动性能。借鉴前人的传热系数模型,建立了凹凸变化壁面传热系数的模型;分析并讨论了物料流动过程中的液膜破裂现象;同时,实验中,从凹凸变化壁面降膜外流蒸发器的传热特性出发,通过改变蒸发温度、传热温差、物料流量、料液固形物含量等操作参数,研究了凹凸变化壁面降膜外流蒸发器在不同操作条件下的传热性能,并建立了传热系数关联式,预测值与实验值吻合较好;还建立了实验准数关联式,实验值与理论值吻合较好:同时,应用方差分析的方法得出了影响传热系数的四个因素的最优组合值。实验结果表明,凹凸变化壁面降膜外流蒸发器具有良好的传热性能和流动性能,其传热系数高、不易结垢,特别适合于蔬菜汁的真空蒸发浓缩,在食品工业中具有一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 2 文献综述
• 2.1 强化传热技术概述
• 2.2 强化传热元件的研究
• 2.2.1 波纹板壁
• 2.2.2 波纹管
• 2.3 凹凸变化壁面强化传热机理
• 2.3.1 平壁面强化传热的手段
• 2.3.2 凹凸变化壁面强化传热机理
• 2.4 降落液膜的流动和传热特性
• 2.4.1 液膜的传热传质
• 2.4.2 液膜流体动力学特性
• 2.4.3 液膜的破裂特性
• 2.5 凹凸变化壁面降膜蒸发器浓缩蔬菜汁概况
• 2.5.1 蔬菜汁浓缩技术
• 2.5.2 管式降膜蒸发器浓缩蔬菜汁的优点及性能
• 2.5.3 板式降膜蒸发器浓缩蔬菜汁的优点及性能
• 2.6 本文研究的内容
• 3 理论研究
• 3.1 凹凸变化壁面传热系数模型
• 3.1.1 凹凸变化壁面的型线的拟合
• 3.1.2 凹凸变化壁面（波纹管壁）局部传热系数的推导
• 3.2 凹凸变化壁面降落液膜流动特性理论分析
• 3.2.1 凹凸变化壁面降落液膜膜厚分析
• 3.2.2 凹凸变化壁面降落液膜破裂理论分析
• 4 实验装置及实验方法
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验装置
• 4.2.1 实验流程
• 4.2.2 降落液膜蒸发器
• 4.2.3 布液装置
• 4.2.4 实验所采用变化壁面的拟合曲线
• 4.3 实验步骤
• 4.4 测量系统
• 4.5 真空系统
• 4.5.1 不凝性气体
• 4.5.2 二次蒸汽
• 5 实验结果及其分析讨论
• 5.1 最优水平与显著性分析
• 5.2 物料的物性参数
• 5.2.1 料液的粘度
• 5.2.2 料液的比热和导热系数
• 5.3 料液流经凹凸变化壁面的流动分析
• 5.4 液膜破裂特性的研究
• 5.4.1 液膜破裂现象
• 5.5 影响传热性能的主要因素分析
• 5.5.1 传热温差对传热系数的影响
• 5.5.2 流量对传热系数的影响
• 5.5.3 固形物含量对传热系数的影响
• 5.5.4 蒸发温度对传热系数的影响
• 5.5.5 总传热系数与实验各因素的关系式
• 5.5.6 液膜侧传热系数准数关联式
• 5.6 局部努谢尔特数的变化趋势
• 5.7 加热功率对换热特性的影响
• 5.8 传热性能的比较
• 5.8.1 波纹管与光管传热性能的比较
• 5.8.2 凹凸变化壁面和平壁的传热性能的比较
• 5.9 实验的不确定度分析
• 5.9.1 温度测量误差
• 5.9.2 流量测量误差
• 5.9.3 总传热系数误差
• 6 结论
• 7 展望
• 8 参考文献
• 9 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 10 致谢
• 附录