竖管内溴化锂溶液降膜蒸发传热性能的数值研究

论文摘要

为直接高效利用低温烟气余热驱动溴化锂吸收式制冷机,需要强化烟气侧和溶液侧对流传热系数,竖管内降膜式发生器可同时满足这两个要求。一方面,通过在传热管外加装翅片强化烟气侧对流传热;另一方面,溶液呈膜状在管内流动,传热系数远高于池内沸腾。降膜式发生器烟气侧传热系数可以通过已有的实验关联式进行计算,本文采用数值方法对液膜侧传热性能进行分析。本文在定热流加热情况下,根据溴化锂水溶液液膜在层流状态下流动、传热的特点,建立了溴化锂水溶液竖管内降膜蒸发过程的速度、温度和浓度分布方程,用外节点法对流动区域进行离散,用有限差分法对方程进行离散,用三对角矩阵法对方程进行求解,得到了降膜管入口溶液流量、浓度、热流密度等参数对降膜蒸发传热性能的影响。在模拟范围内,溴化锂水溶液层流降膜蒸发传热系数随降膜管入口溶液的流量、浓度的增大而降低、加热热流密度和操作压力的增大而增大,其中入口溶液的流量即液膜的厚度对蒸发传热系数的影响最为显著;水蒸汽质量流量随热流密度和管长的增大而增大,溶液入口浓度、操作压力对水蒸气质量流量和放汽范围的影响不明显。通过对影响降膜蒸发传热的因素的量纲分析,结合数值计算的结果,拟合得到在Re≤1000时,无量纲传热系数表达式: h * = 0.5039Re-0.258Pr0.215模拟得到的传热系数比Chun采用单一成分工质降膜蒸发得到的结果小20%左右,一方面是由于传质不利于液膜的传热,另一方面由于模拟中忽略了液膜表面波动对传热强化作用,导致传热系数偏低。对热负荷相同的降膜式和沉浸式发生器进行热力计算,其中,降膜式发生器液膜侧传热系数采用拟合得到的关联式进行计算。性能对比表明,降膜式发生器在传热系数、传热管重量上有显著的优势。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 课题背景
• 2 文献综述
• 2.1 溴化锂吸收式制冷系统发生器工作原理综述
• 2.2 降膜流动和蒸发传热的研究进展
• 2.2.1 纯工质的降膜蒸发研究
• 2.2.2 多元工质的降膜蒸发研究
• 2.3 降膜蒸发研究有待解决的问题
• 2.4 本课题的主要工作
• 3 竖管内溴化锂溶液降膜蒸发数值模拟
• 3.1 降膜蒸发传热的影响因素
• 3.2 溴化锂水溶液溶液物性参数的计算
• 3.3 模拟范围
• 3.3.1 压力的选择
• 3.3.2 入口溶液流量的选择
• 3.3.3 入口浓度的选择
• 3.3.4 传热管加热段长度的选择
• 3.3.5 热流密度的选择
• 3.4 物理模型的建立
• 3.5 数学模型的建立
• 3.5.1 液膜内速度的分布方程
• 3.5.2 下降液膜内温度分布方程
• 3.5.3 下降液膜的浓度分布方程
• 3.5.4 雷诺数和传热系数的计算
• 3.6 数学模型的求解
• 3.6.1 控制区域、方程和边界条件离散化
• 3.6.2 数值解法的步骤和计算框图
• 3.7 本章小结
• 4 模拟结果与讨论
• 4.1 降膜管入口溶液流量对液膜传热性能影响的分析
• 4.2 热流密度对液膜传热性能影响的分析
• 4.3 降膜管入口浓度对液膜传热性能影响的分析
• 4.4 操作压力对液膜传热性能影响的分析
• 4.5 管长对液膜传热性能影响的分析
• 4.6 传热系数关联式的拟合
• 4.7 模拟结果的验证
• 4.8 本章小结
• 5 降膜式发生器和沉浸式发生器的性能对比
• 5.1 初始设计参数
• 5.2 竖管内降膜式发生器的热力计算
• 5.3 沉浸式发生器的热力计算
• 5.4 两种发生器的性能比较
• 5.5 本章小结
• 6 结论与探讨
• 6.1 结论
• 6.2 探讨
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 溴化锂溶液物性方程
• B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• C 实用新型专利