高温降液膜吸收强化传热传质的研究

论文摘要

吸收式热泵因其节约能源和环境友好的特点而得到了广泛的重视和应用,但可用热源温度多小于130℃。较高温位工业余热的回收利用具有很好的应用前景。提高吸收式热泵的操作温度,建立高温吸收式热泵,成为当前研究的热点之一。本文针对吸收式热泵系统中所使用的降膜式吸收器进行了实验研究和数值模拟。利用表面涂层材料对实验管壁进行局部改性,改善液膜在固体表面的流动传递特性。通过设计不同的涂层分布构型,制备了不同的涂层分布管。通过热示踪的方法对不同管型的液膜流速进行了测量,考察了液膜流量对流速的影响。建立了高温垂直管外降膜吸收的实验平台,采用制备的不同涂层分布管型进行降膜吸收实验,研究了溶液喷淋密度和液膜入口温度对降膜吸收传热传质的影响。结果表明降膜吸收传热系数和传质系数都随溶液入口温度的提高而增大；在相同的喷淋密度和入口温度条件下,涂层分布管的降膜吸收传热系数高于光滑铜管的,而传质系数低于光滑铜管的。通过对比涂层分布管与光滑铜管的传热传质效果,分析了涂层分布管在降膜吸收过程中的强化机制。同时基于VOF方法,用Fluent软件建立了高温垂直管外降膜过程中气-液两相流模型。通过模拟分析了液膜的流动形态及波动情况,解释了溶液喷淋密度和入口温度对传热的影响。数值模拟了波节管管外降膜流动特性,通过模拟不同几何尺寸的波节管,考察了液膜在波节管上流动的流体力学特性,分析了其在降膜吸收过程中可能的强化机理。通过对比不同波节管的流动形态及传热系数,分析了波节结构对降液膜流动和传热的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 吸收式热泵概述
• 1.2 降液膜流动
• 1.2.1 控制方程及边界条件
• 1.2.2 降液膜流动的研究进展
• 1.3 降膜吸收
• 1.3.1 降膜吸收过程
• 1.3.2 降膜吸收过程的研究进展
• 1.3.3 降膜吸收过程的强化方法
• 1.4 本文主要工作
• 2 涂层分布管的制备及其液膜流速的测定
• 2.1 实验原料和仪器
• 2.2 不同涂层分布管型的制备
• 2.3 不同涂层分布管型液膜流速的测量
• 2.3.1 液膜流速测量装置
• 2.3.2 实验操作步骤
• 2.3.3 液膜测速原理
• 2.3.4 实验结果
• 3 高温条件下涂层分布管管外降膜吸收的实验研究
• 3.1 实验工质
• 3.2 实验装置及设备
• 3.3 实验参数的控制及测量
• 3.4 实验操作步骤及注意事项
• 3.4.1 实验操作步骤
• 3.4.2 实验操作中的注意事项
• 3.5 实验数据处理方法
• 3.6 实验结果及其分析
• 3.6.1 系统的热平衡
• 3.6.2 吸收器内溶液进出口的浓度差
• 3.6.3 降膜吸收传热系数和传质系数
• 4 高温垂直管外降膜流动的CFD模拟
• 4.1 垂直管外降膜流动的物理模型
• 4.2 垂直管外降膜流动的数学模型
• 4.2.1 控制方程
• 4.2.2 表面张力动量源项
• 4.2.3 初始条件
• 4.2.4 边界条件
• 4.2.5 物性及模拟参数
• 4.2.6 网格划分及求解方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 模型验证
• 4.3.2 溶液喷淋密度和温度对降液膜流动的影响
• 4.3.3 溶液喷淋密度和温度对降液传热的影响
• 5 不同波节管型降膜强化传热的比较
• 5.1 波节管降膜流动物理模型和计算方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 网格无关性检验
• 5.2.2 不同管型液膜流动形态及速度矢量
• 5.2.3 波节结构对降液膜传热的影响
• 结论
• 参考文献
• 附录A 符号清单说明
• 附录B 光滑管管外降膜吸收实验原始数据
• 附录C 水平分割涂层分布管#1管外降膜吸收实验原始数据
• 附录D 水平分割涂层分布管#2管外降膜吸收实验原始数据
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢